Аксиальне дисковые ветрогенераторы своими руками
В этом разделе размещены самодельные ветрогенераторы, сделанные на основе дисковых,аксиальных генераторов. Главная особенность и преимущество таких генераторов это полное отсутствие магнитного залипания. Статор не содержит железа, катушки просто залиты эпоксидной или полиэфирной смолой. Но в отличие от классических генераторов с железными статорами, магнитов в такой генератор требуется как минимум в два раза больше — чтобы получить такую-же мощность. Зато ветрогенераторы с такими генераторами стартуют на малой скорости ветра. >Генератор 24 вольта 500 ватт
В этой статье фото и описание изготовления аксиального генератора для работы на АКБ 24 вольта. Есть данные по оборотам и мощности, также к нему рассчитан винт диаметом 2.1м из ПВХ трубы 315мм >Изготовление ветрогенератора 1.
5 кВт Описание изготовления ветрогенератора мощностью 1500 ватт 48 вольт. Автор этого ветрогенератора Геннадий Заборовский г. Самара. Конструкция этого генератора отличается от классической, сам генератор закрыт оригинальным корпусом, диски больше статора, и сам статор закреплён внутри, а не снаружи, в общем подробности в статье.
>Ветрогенератор 2кВт для дома
Небольшая история о том как и почему строился ветрогенератор, что нужно учитывать новичкам и как все получилось. В статье нет расчетов и подробных фотографий изготовления, статья немног не об этом, зато есть рассказ автора ветрогенератора о том как сделать ветрогенератор и нужен ли он, насколько это сложно. Так-же есть фото его ветрогенератора >Аксиальный ветряк из подручных материалов
Еще один ветрогенератор, собранный из подручных материалов поднят на ветер. Раньше у меня уже были попытки делать такие ветрогенераторы.
Красивый ветрячек получился
Еще немного фотографий изготовления дискового ветрогенератора своими руками. Хоть сам ветрогенератор и не получился из-за банальных ошибок, но зато подход к делу и основательность радует, хорош внешний вид ветрогенератора. Деревянные лопасти, складывающийся хвост, крепкая мачта на растяжках, все это прокрашено. >Как сделать аксиальный ветрогенератор
В статье на конкретном примере описывается процесс создания аксиального ветрогенератора на автомобильной ступице. Для генератора было сделано несколько статоров, особенностью последнего статора является применение сердечников в катушках статора для увеличения мощности. >Аксиальный генератор на ферритовых магнитах
В генераторе использовались обычные ферритовые магниты, из-за невысокой мощности магнитов катушки генератора содержат по 325 витков проводом 0,5мм.
Ветрогенератор 20-ти полюсной на магнитах 20*5мм
Фото отчет с кратким описанием процесса создания самодельного ветрогенератора. В основе лежит ступица от прицепа «Зубренок» , поворотная ось так-же сделана из автомобильной ступицы. Генератор трехфазный, 20 полюсов и 15 катушек намотанных проводом 0,7мм по 70 витков. Винт двухлопастной, сделан из ПВХ трубы. >Маленький ветряк на 30ватт
Небольшой двух-лопастной ветрогенератор был построен как тестовая уменьшенная модель, чтобы выдавала на аккумулятор до 1А. В итоге генератор получился удачным, и в будущем планируется построить большой аксиальный ветрогенератор. >Мини ветрогенератор 20ватт/ч
Этот небольшой ветрогенератор делался ради опыта, чтобы возможно в дальнейшем сделать большой и мощный ветрогенератор.
Дешевый мини ветрогенератор для зарядки АКБ
Простейшие мини ветрогенераторы аксиального типа, делать много маленьких проще чем один большой. Каждый такой ветрячек заражает свой аккумулятор напрямую, а слабый ток позволяет не следить за процессом зарядки без контроллера, так-как не вредит АКБ. >Небольшой много-полюсной генератор 50 ватт
В генераторе использовались магниты от первого ветряка, так-как магниты небольших размеров, было решено поднять мощность за счет увеличения числа полюсов генератора. Для проверки своих расчетов и проверки информации из интернета было изготовлено несколько статоров с разным числом катушек и фаз. >Аксиальный ветрогенератор на ступице от ВАЗ2108
Классическая конструкция аксиального генератора на автомобильной ступице.
Ветрогенераторы с необычным внешним видом
Аксиальные ветрогенераторы из автомобильных ступиц мы делаем уже давно. В этот раз мы решили придать индивидуальность и красоту нашим ветрякам, чтобы они не только заряжали наши аккумуляторы, но и радовали глаз внешним видом. В конструкции ветрогенераторов ничего особенного кроме внешнего вида нет, классический трехфазный аксиальный генератор. >Мощный ветрогенератор на основе самодельного аксиального генератора
Конструкция этого ветрогенератора специально проектировалась для работы в местности с преобладанием малых ветров. В основе ветрогенератора мы собрали мощный низко-оборотный генератор аксиального типа с бес-железным статором.
Однофазный ветрогенератор аксиальный
Самодельный ветрогенератор с дисковым генератором на неодимовых магнитах. Классическая схема аксиального генератора на постоянных магнитах.Однофазная схема, 12 катушек и по 12 магнитов на каждом диске, в итоге малыш развивает до 100ватт, а иногда и больше.
Фото отчет о строительстве сразу 3-х ветрогенераторов
В этот раз мы вместе с соседями строим сразу три аксиальных ветрогенератора на основе автомобильных ступиц. Генераторы абсолютно идентичны, мощность каждого 500ватт/ч. Эти генераторы мы делаем уже давно, такая компоновка ветрогенератора доступна для повторения каждому, так-как не требует специальных условий и инструментов для изготовления ветряка.
Летом мы уже построили подобный ветряк, а сейчас усиливаем батарею ветряков.
>Профессионально сделанный ветряк 2кВт
Самедельная домашняя ветровая турбина мощностью 2кВт от Итальянского мастера. Точнее сказать проффесионально сделанный дисковый аксиальный ветрогенератор приличной мошности. В статье много фото процесса изготовления ветряка с небольшим описанием.Аксиальный генератор на постоянных магнитах своими руками
Самое доступное, детальное описание конструкцииМного ссылок,фото и видео
Народ, будет желание – ВСЁ ПОЛУЧИТСЯ!
Если руки золотые, то неважно с какого места они растут
САМОДЕЛЬНЫЙ ВЕТРЯК С АКСИАЛЬНЫМ ГЕНЕРАТОРОМ НА НЕОДИМОВЫХ МАГНИТАХ
от Яловенко Валерия Григорьевича email Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Живу я в маленьком городке Харьковской обл., часный дом, небольшой участок.
Сам я как говорит сосед ходячий генератор идей, так как практически всё в своем
хозяйстве сделано своими руками. Ветер хоть и небольшой, но практически постоянно дует, и тем самым соблазняет использовать свою энергию.
После нескольких неудачных попыток с тракторным самовозбуждающим генератором идея создания ветрогениратора засела в мозгу еще больше. Начал искать и после двух месяцев поисков в инете, множества скачанных файлов, прочтенных форумов и советов я окончательно определился с постройкой генератора.
За основу была взята конструкция Бурлака Виктора Афанасьевича http://rosinmn.ru/sam/burlaka/burlaka.html с небольшими конструктивными изменениями.
Основной задачей была постройка генератора с того материала, который есть, с минимумом затрат. Поэтому каждый, кто попытается сделать подобную конструкцию должен исходить с того материала, который у него есть, главное желание и понять принцип работы.
Для изготовления ротора использовал листовой кусок метала толщиной 20мм (что было) с которого по моим чертежам кум выточил и разметил на 12 частей два диска диаметром 150 мм и еще один диск под винт который разметил на 6 частей диаметром 170 мм.
Купил через Интернет 24 шт. дисковых неодимовых магнита 25?8 мм
http://mega-magnit.ru/ тел. (+38)066 11-77-777 , которые приклеил к дискам, (очень выручила разметка). ОСТОРОЖНО НЕ ПОДСТАВЛЯЕТЕ ПАЛЬЦИ!
Перед тем как приклеить магниты к стальному диску маркером нанесите на магниты полярность , это очень поможет вам избежать ошибок. После размещения магнитов(12 шт. на диск и чередуйте полярность), до половины залил их эпоксидной смолой.
Для изготовления статора использовал эмаль-провод ПЭТ-155 диаметром 0,95 мм (купил на частном предприятии Хармедь). Намотал 12 катушек по 55 витков каждая, толщина обмоток получилась 7 мм. Для намотки изготовил несложный разборный каркас. Намотку катушек делал на самодельном намоточном станке.
(делал во времена застоя)
Затем разместил 12 катушек по шаблону и зафиксировал их положение изолентой на тканевой основе. Выводы катушек распаял последовательно начало с началом ,конец с концом. Я использовал 1 фазную схему включения.
.
Для изготовления формы под заливку катушек эпоксидной смолой склеил две прямоугольные заготовки 4 мм фанеры. После высыхания получилась прочная 8 мм заготовка. С помощью сверлильного станка и приспособления (балерина) вырезал в фанере отверстие диаметром 200 мм, а с вырезанного диска вырезал центральный диск диаметром 60 мм. Заранее заготовленные ДСП заготовки прямоугольной формы обтянул плёнкой и по краях закрепил стиплером, затем по разметке разместил вырезанный центр (обтянутый скотчем), а также вырезанную заготовку, обмотанную скотчем.
Форму до половины залил эпоксидной смолой, на дно положил стеклоткань, затем катушки, сверху стеклоткань, долил эпоксидку, немного выждал и сверху сдавил вторым куском ДСП также обтянутым пленкой.
После застывания извлёк диск с катушками, обработал, покрасил, просверлил отверстия
Ступицу, а также основу поворотного узла изготовил с буровой трубы НКТ с внутренним диаметром 63 мм. Были изготовлены гнёзда под 204 подшипник и приварены к трубе. С задней стороны тремя болтами прикручена крышка с прокладкой с маслостойкой резины, с передней стороны прикручена крышка с сальником. Внутрь между подшипниками через специальное отверстие залил автомобильное полусинтетическое масло. На вал надел диск с магнитами, причем поскольку паз под шпонку сделать небыло возможности на валу сделал углубления на половину диаметра шарика с 202 подшипника т.е. 3,5 мм, а на дисках высверлил паз 7 мм сверлом предварительно выточив боночку и запрессовал её в диск. После извлечения боночки в диске получился ровный, красивый паз под шарик.
Далее закрепил статор тремя латунными шпильками, вставил промежуточное кольцо с расчетом чтобы статор не затирало и надел второй диск с магнитами(магниты на дисках должны иметь противоположную полярность, т.
е. притягиваться) ЗДЕСЬ ОЧЕНЬ ОСТОРОЖНО С ПАЛЬЦАМИ!
чертежи по которым кум точил детали,извените что от руки ,но кум всё понял,мелочи уточняли в процессе.
Винт изготовил с канализационной трубы диаметром 160 мм http://ecotoc.ru/alternative_energy/wind_energy/d120/
Кстати неплохой получается винт.Поэтому принципу изготовлен последний винт с алюминевой трубы 1,3м (смотрите выше)
Разметил трубу, болгаркой вырезал заготовки, по концах стянул болтами и електрорубанком обработал пакет. Затем раскрутил пакет и каждую лопасть обработал отдельно, подгоняя вес на электронных весах.
Защита от ураганного ветра выполнена по классической зарубежной схеме, т. е. ось вращения смещена от центра. Вот ссылка на сайт http://www.otherpower.com/otherpower_wind.html
Желающие узнать больше здесь найдут все интересующие вопросы, причем совершенно бесплатно! Мне этот сайт помог очень здорово особенно с чертежами хвоста. Вот пример чертежей с этого сайта.
Свой хвост ветряка я подгонял методом подпиливания.
Вся конструкция насаженна на два 206 подшипника, которые закреплены на оси с внутренним отверстием под кабель и приваренной к двухдюймовой трубе.
Подшипники плотно входят в корпус ветроустановки, что позволяет без каких либо усилий и люфтов свободно поворачиваться конструкции. Кабель проходит внутри мачты к диодному мосту.(выше смотрите чертежи)
на фото первоначальный вариант
Для изготовления ветроголовки не учитывая двух месяцев поиска решений, ушло полтора месяца, сейчас у нас февраль месяц, снег и холод похоже за всю зиму, поэтому основных испытаний еще не проводил, но даже на этом расстоянии от земли автомобильная лампочка 21 ватт перегорела. Жду весны, готовлю трубы под мачту. Эта зима пролетела у меня быстро и интересно.
VIDEO можно просмотреть здесь
Прошло немного времени с того момента когда разместил на сайте свой ветряк, но весна так толком и не пришла, землю копать чтобы замуровать стол под мачту еще нельзя,-земля мёрзлая да и грязь везде, поэтому времени для испытаний на временной 1,5м стойке было предостаточно, а теперь подробней.
После первых испытаний винт случайно зацепил трубу, это я пытался зафиксировать хвост, чтобы ветряк не уходил из под ветра и посмотреть какая будет максимальная мощность. В итоге мощность успел зафиксировать примерно ватт 40, после чего винт благополучно разлетелся на щепки. Неприятно, но наверное полезно для мозгов. После этого я решил поэкспериментировать и намотал новый статор. Для этого изготовил новую форму под заливку катушек .Форму тщательно смазал автомобильным литолом, чтобы лишнее не пристало. Катушки теперь немного уменьшил по длине, благодаря чему в сектор теперь поместилось 60 витков 0,95мм толщина намотки 8мм (в конечном итоге статор получился 9 мм), причем длина провода осталась прежней.
В эпоксидку добовил тальк примерно 30%
Винт теперь сделал с более прочной трубы 160мм и трехлопастным, длина лопасти 800мм.
Новые испытания сразу показали результат, теперь ГЕНА выдавал до 100 ватт, галогенная автомобильная лампочка в 100 ватт горела в полный накал, и чтобы её не спалить на сильных порывах ветра лампочку отключал.
замеры на автомобильном акумуляторе 55 А.ч.
Теперь окончательные испытания на мачте, результат опишу поже.
Ну, вот уже середина августа, и как я обещал, попытаюсь закончить эту страничку.
Сначала то, что пропустил
Мачта один из ответственных елементов конструкции
Один из стыков (труба меньшего диаметра входит внутрь большей)
и поворотный узел
3-х лопастный винт (рыжая канализационая труба диаметром 160мм)
Начну с того, что сменил несколько винтов и остановился на 6-ти лопастном с алюминиевой трубы диаметром 1,3м, хотя большую мощность давал винт с ПВХ трубы 1,7м.
Основная проблема была в том чтобы заставить заряжаться АКБ от малейшего вращения винта и вот здесь на помощь пришел блокинг генератор который даже при входном напряжении в 2v дает заряд АКБ – пускай маленьким током, но лучше чем разряд, а на нормальных ветрах вся энергия на АКБ поступает через VD2(смотрите по схеме), и идет полноценный заряд.
Конструкция собрана прямо на радиаторе, полунавесным монтажом,если монтаж правильный,- работает без проблем. В некоторых случаях для запуска блокин-генератора возможно уменьшение сопротивления R1 до 500 Ом, трансформатор – феритовое кольцо диаметром 45мм, сечение 8мм на 8мм ( можно намотать на строчном трансе от старого телека), намотан проводом 1мм ,сначала мотал 60 витков ,а сверху равномерно намотал 21 виток
Контролёр заряда тоже использовал самодельный, схема простая, слепил как всегда с того, что было под рукой, нагрузкой служит два витка нихромового провода (при заряженном АКБ и сильном ветре нагревается до красна) Все транзисторы ставил на радиаторы (с запасом), хотя VT1 и VT2 практически не греются, а вот VT3 на радиатор ставить обязательно! (при продолжительном срабатывании контролёра VT3 греется прилично)
фото готового контролёра
простая схемка
Схема подключения ветряка к нагрузке выглядит так
фото готового системного блока
Вид сзади
Нагрузкой у меня как и планировалось, является свет в туалете и летнем душе + уличное освещение (4 светодиодные лампы которые включаются автоматически через фотореле и освещают двор целую ночь ,с восходом солнца опять срабатывает фотореле которое отключает освещение и идет заряд АКБ .
И это на убитой АКБ (в прошлом году снял с авто)
на фото снято защитное стекло ( в верху фотодатчик)
Фотореле купил готовое для сети 220V и переделал на питание от 12V(перемкнул входной конденсатор и последовательно стабилитрону подпаял резистор в 1К)
Теперь самое ГЛАВНОЕ.
С своего опыта, советовал для начала сделать небольшой ветрячок, набратся опыта и знаний и понаблюдать что можно поиметь с ветров вашей местности,Ведь можно потратить кучу денег, сделать мощный ветряк ,а силы ветра не хватит чтобы получать теже 50 ватт и будет ваш ветряк типа подводной лодки в гараже. Здесь ЛУЧШЕ СИНИЦА В РУКАХ ЧЕМ ДЯТЕЛ В ЖО-Е.
Простейший анемометр.Квадрат сторона 12см на 12см,на нитке 25см привязан тенисный шарик.
Я сделал вот такой анемометр
Мы никогда незадумываемся насколько сильным бывает даже маленький ветерок,но стоит посмотреоть с какой скоростью иногда раскручивается турбина и сразу понимаеш какая это мощь
Ветер, ветер ты могуч.
(фото со двора)
Процес модернизации ветряка закончен , так он выглядит на даном этапе.На видео его рабочий режим (снимал фотокамерой, поэтому видна дискретность винта, насамом деле он крутится как подорваный). На очень малых ветрах работает БЛОКИНГ ГЕНЕРАТОР.
Вот сайты, по которым можно отыскать много интересного
Для Харьковчан и не только
Всем удачи.
Буду рад если хоть немножко комуто помог,все вопросы на стену или email
Как сделать аксиальный ветрогенератор
Эта статья посвящена созданию аксиального ветрогенератора на неодимовых магнитах со статорами без металла. Ветряки подобной конструкции стали особенно популярны из-за растущей доступности неодимовых магнитов.
Материалы и инструменты использованные для постройки ветряка этой модели:
1) ступица от автомобиля с тормозными дисками.
2) дрель с металлической щеткой.
3) 20 неодимовых магнитов размером 25 на 8 мм.
4) эпоксидная смола
5) мастика
6) труба ПВХ 160 мм диаметром
7) ручная лебедка
8) труба металлическая длинной 6 метров
Рассмотрим основные этапы постройки ветряка.
За основу генератора была взята ступица автомобиля с тормозным диском. Так как основная деталь заводского производства, то это послужит гарантом качества и надежности. Ступица была полностью разобрана, подшипники находящиеся в ней были проверены на целостность и смазаны. Так как ступица была снята со старого автомобиля, то ржавчину пришлось зачистить с помощью щетки, которую автор насадил на дрель.
Ниже предоставлена фотография ступицы.
Затем автор приступил к установке магнитов на диски ротора. Было использовано 20 магнитов. Причем важно заметить, что для однофазного генератора количество задействованных магнитов равно количеству полюсов, для двухфазного соотношение будет три к двум или четыре полюса к трем катушкам.
Магниты следует крепить на диски с чередованием полюсов. Для соблюдения точности необходимо сделать шаблон размещения на бумаге, либо начертить линии секторов прямо на самом диске.
Рассмотрим основные отличия конструкции однофазного и трехфазного генераторов.
Однофазный генератор будет давать вибрацию при нагрузках, что будет отражаться на мощности самого генератора. Трехфазная конструкция лишена подобного недостатка благодаря чему, мощность постоянна в любой момент времени. Это происходит потому, что фазы компенсируют потерю тока друг в друге. По скромным расчетам автора трехфазная конструкция превосходит однофазную на целых 50 процентов. К тому же из-за отсутствия вибраций мачта не будет дополнительно раскачиваться,следовательно не будет дополнительного шума при работе ротора.
При расчете зарядки 12-ого аккумулятора, которая будет начинаться на 100-150 оборотах в минуту, автор сделал по 1000-1200 витков в катушках. При намотке катушек автор использовал максимально допустимую толщину проволоки, чтобы избежать сопротивления.
Для наматывания проволоки на катушки автор соорудил самодельный станок, фотографии которого представлены ниже.
Лучше использовать катушки эллипсоидной формы, что позволит большей плотности магнитных полей их пересекать. Внутреннее отверстие катушки стоит делать по диаметру магнита либо больше него. В случае, если делать их меньше, то лобовые части практически не участвуют в выработке электроэнергии, а служат проводниками.
Толщина самого статора должна равняться толщине магнитов, которые задействованы в установке.
Форму для статора можно сделать из фанеры, хотя автор решил этот вопрос иначе. Был нарисован шаблон на бумаге, а затем сделаны борта при помощи мастики. Так же для прочности была использована стеклоткань. Для того, чтобы эпоксидная смола не прилипла к форме, ее необходимо смазать воском или вазелином, или можно использовать скотч, пленку, которую в последствии можно будет отодрать от готовой формы.
Перед заливкой катушки необходимо точно закрепить, а их концы вывести за пределы формы, чтобы затем соединить провода звездой или треугольником.
После того, как основная часть генератора была собрана, автор измерил протестировал его работу. При ручном вращении генератор вырабатывает напряжение в 40 вольт и силу тока в 10 ампер.
Для поднятия мачты используется ручная лебедка.
Сам винт для генератора был сделан из трубы ПВХ диаметром 160 мм.
После установки и испытаний генератора в стандартных условиях автор сделал следующие наблюдения: мощность генератора доходит до 300 ватт при ветре в 8 метров в секунду. В последующем увеличил мощность генератора за счет металлических сердечников установленных в катушки. Винт стартует уже при двух метрах в секунду.
Дальше автор приступил к совершенствованию конструкции в целях увеличения мощности генератора. Были набраны магнитопроводы из пластин, которые в последствии были установлены в конструкцию. Из-за их установки появился эффект залипания, но не очень сильный. Старт работы винта происходит при скорости ветра около двух метров в секунду.
Таким образом установка металлических сердечников увеличила мощность генератора до 500 ватт при ветре в 8 метров в секунду.
Для защиты от сильных ветров была использована классическая схема увода винта складывающимся хвостом.
В среднем генератор способен вырабатывать до 150 ватт энергии в час, которая идет на зарядку аккумуляторов.
Конструкция и расчёт аксиального генератора на постоянных магнитах
Толщина диска обычно делается равной толщины магнитов,но для более мощных неодим магнитов толщину статора можно делать на 2-4мм толще, так-как большие магниты обладают большой силой электромагнитного тока и глубоко приникают.Это позволит немного поднять общую мощность генератора за счёт более больших катушек, но если магниты небольшие, то в более толстом статоре будет недобор мощности из-за слабого магнитного поля. Увеличивать толщину статора стоит если сила притяжения магнитов выше 12-16кг каждого по отдельности, а так лучше равной толщины магнитов.
Ниже на рисунке изображена схема соединения катушек , слева последовательное, а справа звезда.
Размеры лопастей можно высчитать, но они обычно подбираются на практике, так как везде свои ветровые особенности. Если делать аксиальный ветрогенератор по классической схеме на ступице от «восьмёрки», то если применять три лопасти, надо делать диаметр порядка 2 метра, то есть лопасти длинной около 120см.
Если делать лопасти из ПВХ трубы диаметром 150 мм.(канализационная труба), то можно делать 6 более коротких лопастей, длинной около 90 см.Но под наши слабые ветра лучше делать диаметр с запасом и более прочные лопасти с расчётом на сильный ветер.
Защиту ветрогенератора от сильного ветра в основном выполняют по классической схеме методом увода лопастей от ветрового потока складыванием хвоста.Сама конструкция схемы увода из под ветра достаточно проста, но требует настройки. В такой конструкции сам генератор немного смещён от цента оси горизонтального вращения ветряка, обычно эта величина составляет 10см.
На поворотной оси приваривается крепление под углом 20гр. относительно оси, и 45 градусов относительно оси вращения ветрогенератора. Длина хвостовой балки равна радиусу винта, а площадь хвостового «оперения» 10-15% от площади лопастей. Вес хвостовой части подбирается из расчета общего баланса ветрогенератора относительно поворотной оси, или немного тяжелее. Если хвост перевешивает центр тяжести относительно оси, то его площадь около 10% от площади лопастей, а если немного легче и перевешивает винт, то 15% и даже больше.
На практике хорошо сделанные ветрогенераторы выдерживают и сильный ветер без какой либо защиты, я думаю защита для небольших ветряков не столь актуальна. Просто нужно делать все детали с учетом больших нагрузок, ну а при штормовом предупреждении можно ветряк на какое-то время и опустить, так как здесь может и защита —увод лопастей из под ветра не спасти, ветряк просто сдует вместе с мачтой.
Для защиты ветряка от ураганов лучше сделать мачту таким образом чтобы она легко поднималась и опускалась. Высота мачты естественно чем выше, тем лучше, но на открытой местности достаточно и 6-9 метров.
Электрооборудование для контроля зарядки аккумуляторов обычно тоже самодельное, благо различных схем контроля предостаточно.Но контролировать зарядку АКБ можно и самому. Достаточно поставить вольтметр, и изредка посматривать на напряжение аккумулятора. Если напряжение выше 14,5 вольт, то аккумулятор заряжен и его нужно отключить от ветряка, а если напряжение в АКБ меньше 11 вольт, то он разряжен, и от него стоит отключить все потребители и дождаться подзаряда от ветряка. На практике можно визуально контролировать зарядку и без приборов оценивая примерное количество влитого тока и потраченного.
Если напряжение холостого тока генератора не превышает 27 вольт,а под нагрузкой 10-17 вольт в зависимости от оборотов, то стабилизаторы тока не нужны, так как аккумулятор сам выравнивает напряжение в соответствии со своим, при этом на ветряке при разных оборотах изменяется не величина тока в вольтах, а сила тока в амперах. Таким образом зарядное напряжение всегда остаётся стабильным. Размеры буферного аккумулятора чем больше тем лучше, но конечно в разумных пределах.
Если ветряк в сутки вырабатывает около 2Кв, то и аккумулятор нужно примерно такой-же мощности, это по ёмкости где-то 166А. Значит нужен один аккумулятор на 180-200А/ч. Но при этом и потребление электроэнергии надо рассчитывать не более 2-х Кватт в сутки, и ориентироваться на эти параметры при использовании тока от буферной батарей. Обычно к 12-ти вольтовой батареи подключают автомобильный инвертор, который из 12-ти делает 220вольт, при этом тратя на свою работу около 30% энергии в виде преобразования и тепловых потерь. То-есть при использовании инвертора около 30% энергии уходит на преобразование и в конечном итоге энергии получаем меньше чем в аккумуляторе.
На что-же можно рассчитывать при такой схеме состоящей из ветряка, который при обычном ветре даёт около 100 ватт. Понятно что при ветре в 10м/с ветряк даёт и 500 ватт как обычно пишут в характеристиках, но такой ветер бывает нечасто, а в основном 3-5м/с, и при этих скоростях ветряк даёт 80-150ватт, а в среднем 100ватт. Значить в сутки около 2,4Квватта, которые копятся в буферной АКБ. В месяц при такой мощности выработка энергии составит около 65Кватт.На что их хватит.
Да, для полноценного питания дома этого мало, а вот для дачи в самый раз, так как этого хватит для каждодневного использования энергосберегающих ламп для освещения, так-же для работы ТВ и ноутбука. Можно даже мощный электрочайник вскипятить пару раз в сутки, но для его подключения нужен мощный инвертор, или использовать автомобильный 12-ти вольтовый небольшой чайник. В общем для большей эффективности основную часть потребителей лучше использовать 12-ти вольтовые автомобильные.
К примеру у меня в квартире расход энергии составляет 60-70 Кватт в месяц, эта энергия тратится на освещение моей квартиры,три энергосберегающие лампы общим потреблением 60ватт, телевизор 120 ватт, небольшой холодильник-точно не знаю , ноутбук-120 ватт, и зарядки для мобильного-можно не считать. А готовка еды происходит на газу.Вот для этих целей и хватит такой ветроустановки (свет, ТВ, ноут, мини холодильник, и др. мелочь).
Выводы: При построении генератора лучше использовать 16 катушек, намотанных по 60 витков эмальпровода,соответствующей толщины, чтобы катушки были не слишком маленькие, но и уместились на статоре. Количество магнитов 32, по 16 на диске. Толщина статора равная толщине применяемых магнитов. Зашита может и не примяться если есть возможность опускать мачту, или сам ветряк достаточно прочен чтобы выдерживать сильные ветра.
Более подробно о отдельных элементах смотрите на других страницах, а так-же в обзорах самодельных конструкций ветрогенераторов.
Конструкция и рассчёт самодельного аксиального ветрогенератора на постоянных магнитах
Читать придётся долго, но это стоит того для общего понимания принципов работы аксиального, да и других генераторов в общем.
Многие люди планируя создать ветрогенератор в поисках нужной информации бороздят просторы интернета, вот и я несколько месяцев делал тоже самое. Изучил множество конструкций самодельных и заводских ветряков и пришел к определённым выводам более эффективном построении аксиальных генераторов для ветряков.
Первые вопросы при построении возникают по поводу количества катушек индуктивности,количества витков и сечения эмальпровода,числа магнитов, и соотношения числа магнитных полюсов к числу катушек статора. Многие здесь советуют использовать не чётное соотношение катушек к числу полюсов. Например если катушек на статоре 9, то число магнитов должно быть 12 пар, а если катушек 12, то магнитов 16 пар.
Ниже расположен рисунок подобного ветрогенератора. Рисунок вид сверху для лучшего понимания крепления элементов хвоста и смещения втроголовки относительно поворотной оси, далее будут представлены ориентировочные размеры элементов.
Сначала опишу про соотношение катушек индуктивности к числу магнитных пар на дисках генератора.
Во-первых я считаю что такое соотношение не оправданно и снижает общую мощность генератора.Почему так?, -сам процесс генерации электроэнергии происходит при прохождении магнитного поля от магнита через медную катушку, при этом в проводе катушки начинает течь ток. Направление тока меняется в зависимости от полярности магнита.
То есть, у магнита две полярности,отрицательная и положительная (север-юг).Когда магнит ориентированный положительным полюсом проходит мимо катушки в катушке происходит индукция и начинает течь ток в определённом направлении. При этом на одном конце катушки появляется плюсовое напряжение, а на другом минусовое, то есть постоянное, но циклично меняющееся.
Когда мимо катушки проходит следующий магнит с противоположной полюсацией, то направление течения тока в катушке тоже изменяется на противоположное, и на выводах катушки минус меняется с плюсом. Эта смена постоянного напряжения происходит каждый раз когда мимо проходит очередной магнит, в связи с частой сменой тока в катушке такое напряжение и называют переменным, потому, что оно постоянно меняется. Одна смена тока в катушке индуктивности с плюса на минус и обратно называется один Герц. Если в генераторе 16 полюсов, то один оборот = 16Герц.
Каждая из катушек статора генератора это отдельный источник тока, который взаимодействует с други такими-же источниками тока,и они вместе образуют напряжение, которое складывается из параметров каждой катушки. Когда-же число катушек меньше по отношению к числу магнитов, то в процессе индуктивности одни магниты проходят катушки в определённом месте, а другие магниты немного в другом.
В следствии чего когда в одних катушках смена импульса тока произошла, то в других она только происходит, и получается что в каких -то катушках напряжение течёт в одну сторону, а в других ещё в обратную, и по отдельности какие-то катушки имеют плюс и минус в одном положении,а некоторые в другом и между собой они неправильно взаимодействуют. А так -как они соединены последовательно, то где-то в определённые моменты происходит неправильная полюсация и часть электроэнергии расходуется на замыкание, в следствии чего генератор легче крутится и происходит недобор мощности.
Ниже представлено расположение магнитов и катушек генератора в виде ленты. На рисунке А число пар магнитов равно числу катушек и смена тока происходит синхронно, а на рис.Б количество магнитных пар больше количества катушек. Из рисунка видна как на рис.Б магниты в разных частях попадают на катушки по разному, где то два на одну, а где то полтора, а где то один. В следствии чего ток в катушках разный и разное его направление , из-за этого нестабильного возбуждения катушки нагреваются и теряют часть мощности.
Для большего понимания рассмотрим пример
Представим что наши катушки это батарейки, которые соединены последовательно, и их очень быстро меняют местами, то-есть переворачивают меняя минус на плюс и обратно. И так каждый раз когда мимо проходят магниты. И если например число этих батареек 9 а магнитов 12 то получается, что какие-то магниты в какой-то момент проходят катушку-батарейку и в ней происходит смена напряжения.
А где-то магниты только заходят на катушки и сходят с предыдущих, в результате получается что часть батареек уже перекинули плюс с минусом, а часть нет, и третья часть в процессе смены. В результате часть батареек соединенных последовательно имеют последовательную полюсацию, а часть ещё другую, и пока они меняют, то те уже сменили и меняют на противоположную.
Так в определённые моменты происходит замыкание, так как в шести катушках ток уже в другом направлении, а в трех еще в предыдущем, в результате чего 6 катушек в определённый момент имеют правильную полярность по отношению друг к другу , а три неправильную по отношению к другим 6-ти.В следствии чего из-за неправильной полюсации в цепи происходит нагреви потеря мощности из за наведения на катушки нестабильного магнитного поля, и как следствие более легкое кручение генератора.
Обычно так советуют делать для ухода от залипания и легкого старта при малом ветре, но ведь статор с катушками не имеет железа, и магниты не примагничивают его создавая залипания, а значит и о залипаниях не может быть и речи. Сопротивление кручению генератор создаёт когда подключен к нагрузке и сила сопротивления зависит от мощности генератора и нагрузки,которая забирает ток, и естественно чем генератор слабее тем его легче крутить под нагрузкой.
Для большей эффективности надо чтобы во всех катушках генератора происходила синхронная смена тока минуса на плюс и обратно,тогда не будет потерь на нагрев и замыкание. Для этого надо чтобы количество магнитных пар соответствовало количеству катушек индуктивности статора.При этом магниты на всём участке цепи будут проходить одинаково по отношению к катушкам и смена импульсов будет чёткой во всех катушках, словно в одной.
Теперь о количестве витков и толщины эмаль провода для намотки. Параметры напряжения в катушке зависят от количества витков,а сила тока от толщины, то есть чем больше витков тем выше вольты, а чем толще провод тем выше амперы-сила тока. Обычно для последовательного соединения в одну фазу катушки мотают по 60 витков, а толщина провода подбирается с тем учётом, чтобы катушки уместились на статоре.
Если катушки наматываются круглые, то круглые магниты должны быть не больше внутреннего диаметра катушек, так как верхние и нижние части катушек в индукции не участвуют, а ток возбуждается в параллельных витках хода магнита. Или наматывают вытянутые катушки треугольной и конусной формы, это позволяет использовать более толстый провод и уместить их на статоре, или при соединении в звезду наматывать большее количество витков для увеличения напряжения.
Ну чтож, про соотношение катушек к числу магнитных пар я думаю понятно, теперь про число самих полюсов.Магниты на дисках располагаются с чередованием полюсов,и каждая пара магнитов на дисках должна притягиваться, то есть —++—++ и т.д. Понятно, что чем больше магнитных полюсов тем на более меньших оборотах генератор начинает давать приемлемый для зарядки ток. Но очень большое число магнитов часто трудно воплотить в конструкции, так как размеры катушек становятся очень маленькими из-за ограниченных размеров статора.
Обычно делают начиная с 12-ти полюсов, то-есть 12 магнитных пар и катушек. Такие генераторы хорошо работают с двумя — тремя лопастями. Но у 2-3-х лопастей есть один минус, они плохо стартуют на малом ветру и нестабильно работают на среднем, а плюс в том что на хорошем ветру они набирают достаточно большие обороты, до 500-800.
Ветрогенератор на постоянных магнитах своими руками.
Аксиальный 20-ти полюсной ветрогенератор
Ветрогенератор аксиального типа на основе готовой ступицы и трехфазного генератора, который содержит 15 катушек, намотанных проводом 0.7 мм по 70 витков. Ротор данного генератора имеет 20 пар магнитов размером 20 на 5 мм, а толщина статора равна 8 мм. В этой модели используется двухлопастной винт и система защиты от сильного ветра.
Материалы и агрегаты использованные для постройки данного ветрогенератора:
1) автомобильная ступица
2) эпоксидная смола
3) металлические уголки
4) магниты размером 20 на 5 мм в количестве 40 штук
5) труба 20
6) суперклей
7) вазелин
8) ступица от прицепа «зубренок»
9) фанера
10) ламинат 8 мм
11) провод толщиной 0.7 мм
Рассмотрим более подробно основные этапы постройки и особенности конструкции данной модели ветрогенератора.
Для начала автор занялся намоткой катушек для статора. Чтобы облегчить данный процесс автор изготовил специальное приспособление:
Для его изготовления автор использовал трубу диаметром 20 мм, таким образом она как раз подходит под размеры магнитов. Автор решил изготовить катушки толщиной 7 мм.
Еще одно изображение самодельного станка для намотки катушек:
Автор отмечает, что благодаря данному станку, собранному из подручных материалов, намотка катушек прошла без особых трудностей. Главное мотать катушки виток к витку давая несильную натяжку для того, чтобы витки плотнее прижимались друг к другу.
Итак, автор приступил к изготовлению катушек для генератора. Для того, чтобы катушки не развалились после намотки автор промазывал их клеем для пластика, а так же дополнительно обернул оконным скотчем. Для намотки катушек автор использовал провод толщиной 0.7 мм по 70 витков на каждую катушку. Хотя после конечной сборки автор решил, что нужно было делать по 90 витков, это позволило бы выиграть по напряжению.
Далее была изготовлена форма для заливки статора. Автор решил сделать форму на подложке из фанеры. Для этого на фанеру была нанесена разметка, которая позволит более точно разместить катушки. Средняя часть формы сделана из ламината толщиной 8 мм. Для того, чтобы эпоксидная смола не приставала к форме, автор смазал ее вазелином, это позволит затем легко извлечь статор из заготовки после затвердевания эпоксидной смолы.
Для проводов были сделаны специальные канавки при помощи болгарки.
При заливке статора автор использовал стеклосетку, чтобы увеличить прочность статора. Уложив стеклосетку с каждой стороны статора, автор через заранее просверленные отверстия притянул крышку и оставил статор остывать.
Катушки статора были соединены пофазно, все шесть проводов от фаз были выведены по канавкам наружу, после чего провода были замазаны пластилином для того, чтобы смола не вытекала. В последствии автор соединил фазы звездой.
На следующий день статор был извлечен из формы, и автор слегка обработал края для ровности. Магниты на дисках автор так же решил залить эпоксидной смолой для большей надежности.
На фотографиях ниже можно рассмотреть, как была выполнена поворотная ось ветрогенератора:
Основой для изготовления поворотной оси послужила автомобильная ступица. Для того, чтобы защитить будущий ветрогенератор от слишком сильного ветра автор использовал стандартную конструкцию увода от ветра путем складывания хвоста. Важно заметить, что ветроголовку необходимо вынести минимум на 100 мм, иначе защита от ветра не будет работать так как ось генератора будет расположена слишком близко к поворотной оси.
Так же к конструкции был приварен штырь под углом в 20 градусов и на 45 градусов относительно винта, на этот штырь одевается хвост ветрогенератора.
Рассмотрим конструкцию ступицы генератора.
За основу самого генератора была взята ступица от прицепа «Зубренок». Автор использовал неодимовые магниты размером 20х5 мм. На каждый диск ушло по 20 магнитов. Ступица была закручена через пластину, на которую прикреплены уголки. Статор генератора будет держаться на шпильках.
Далее автор приступил к изготовлению дисков с магнитами.
Магниты были прикреплены на диски при помощи суперклея. Для того, чтобы сделать все максимально точно автор изготовил шаблон из картона. Так же важно заметить, что магниты должны клеиться с чередованием полюсов, таким образом, чтобы на генераторе диски с магнитами притягивались.
Ниже можно рассмотреть, как именно был закреплен хвост ветрогенератора, который будет защищать его от сильного ветра:
На фотографии ветроголовка была размещена слишком близко к поворотной оси ветрогенератора, что в последующем было выявлено на испытаниях и устранено. Однако само крепление хвоста и углы наклона верные. После доведения конструкции до ума, она отлично себя проявила: при усилении ветра винт отворачивается, а хвост складывается и поднимается вверх.
Автор решил сделать для начала двухлопастной вариант винта для своего генератора. Лопасти были изготовлены из ПВХ трубы. Так же был сооружен кожух, который будет закрывать генератор от дождя.
Затем генератор был собран и покрашен. После покраски автор решил испытать работу генератора. От руки удалось раскрутить генератор до 30 вольт с силой тока кз 4.5 А.
Данный генератора работает на 3 светодиодные ленты по 25 ватт каждая, но в будущем автор планирует более серьезно подойти к расчету винта для генератора и подключить аккумулятор.
статья взята с сети интернет: http://usamodelkina.ru/
Следите за новостями!
Использование постоянных магнитов в генераторах энергии.
Вы когда-нибудь держали в руках неодимовые магниты? Тогда представляете с какой неимоверной силой они притягиваются и отталкиваются друг от друга. Ну и естественно, наш пытливый ум начинает искать способы использования этой силищи. Каких только не придумано механизмов и конструкций, двигателей и альтернаторов.
В процессе творческого пути изобретатели сталкивались порой с новыми необычными эффектами и открытиями. Что бы вы понимали масштабность этой темы мы предлагаем краткий экскурс по наиболее нашумевшим проектам.
Начнем эту обширную тему с истории развития электромагнитного генератора Джона Серла (John Roy Robert Searl). В детстве Сёрл много болел и находился наедине с собой, что, как он считает, и послужило возникновению у него неординарного типа мышления, позволившего не попасть под догмы образовательной системы. С детства он видел вещие сны, которые в будущем послужили необходимыми ключами для создания его изобретений. Особенно его притягивали «магические квадраты». Джон Сёрл обнаружил, что его «обыкновенные» магические квадраты обладают необыкновенными свойствами. Для пытливого взора изобретателя и естествоиспытателя они стали, как говорит он сам, «окном в природу». Все в природе построено на строжайших закономерностях, убежден профессор, но мы их не видим. Мы не можем их увидеть, потому что получили стандартное образование, из-за чего просто ослепли. Или надели шоры. Заполнив свое сознание стереотипами, мы утратили саму способность удивляться, искать не предвзято, перестали видеть. И воспринимаем реальность не такой, какая она есть, а такой, какой нас научили ее воспринимать.
Джон в возрасте 14 лет поступил учеником электромонтера на завод в английском городе Бирмингеме. Работая с постоянными магнитами для электросчетчиков, он в 1946 году открыл новый эффект электромеханики, о котором в школе не рассказывают. В быстро вращающемся диске появлялась радиальная электродвижущая сила с вертикальным вектором. Для увеличения эффекта, Джон сначала намагничивал диски, а затем стал использовать постоянные магниты. Однажды его модель, состоящую из нескольких соединённых вместе колец, испытывали во дворе. При малых оборотах, в кольцах появилась большая радиальная разность потенциалов, что проявилось по характерному треску электрических разрядов и запаху озона. Затем произошло совсем необычное: блок колец оторвался от раскручивающего их мотора и завис на высоте 1,5 метра, постоянно увеличивая обороты вращения. Вокруг вращающегося объекта появилось розовое свечение – показатель активизации воздуха при падении давления. Объект начал подниматься. Наконец, вращение достигло такой скорости, что объект быстро исчез из виду в вышине. Вдохновлённый своими результатами, Джон, в период с 1950 по 1952 год создал и испытал свыше десятка моделей левитирующих дисков. В дальнейшем он научился управлять «разгоном» этих дисков. Уверенный в том, что общество будет с благодарностью принимать его открытия, он в 1963 году разослал приглашения на презентацию своей модели «летающей тарелки» в Королевский Дом и высшим министерским чинам. Но никто на приглашения не откликнулся. Обескураженный Джон на некоторое время перестал работать, потом, в 1967 году обратился к английским учёным, но те лишь высмеяли «неуча-электрика».
Как обычно, признание к изобретателю пришло из-за рубежа. Сначала от японцев, а значительно позже и от ученых других стран. В 1968 году произошло событие, которое, задержало развитие этих научных исследований. 30 июля 1968 года Джон испытывал аппарат «Р-11» весом почти 500 кг. При демонстрации аппарат опять перестал управляться, а затем взлетел и скрылся из виду на большой высоте в небе. Власти оперативно «отреагировали» на это событие. Местные электрики предъявили изобретателю счет за использование электроэнергии в течении прошлых 30 лет, хотя Джон имел собственную электростанцию. Он не имел возможности уплатить огромную сумму, поэтому его арестовали, судили, и посадили в тюрьму на 15 месяцев. Все оборудование и приборы уничтожили, а дом сожгли. В 1980-е годы о нем было много шума в прессе, как об «отце летающих тарелок». Потом все разговоры об этом талантливом изобретателе прекратились, как будто кто-то дал такую команду.
В настоящее время, Джон Серл открыт для контактов, о нем снимают фильмы и пишут книги. Он действительно заслуживает того, чтобы изучить его теорию и технологию. Необходимо отметить, что Джон Серл сделал фундаментальное открытие природы магнетизма, которое заключается в том, что добавление небольшой составляющей слабого переменного тока (примерно 100 милиампер) высокой частоты (около 10 MГц) в процессе изготовления постоянных магнитов придает им новые и неожиданные свойства. На основе этих магнитов Джон создал свои генераторы. Полагаю, что суть данной технологии состоит в создании магнитного материала, имеющего прецессию магнитных моментов. Основной интерес разработчика был в создании «летающих дисков», и это у него получалось с большим успехом, так как в его генераторах, кроме эффекта самовращения, создается эффект осевой активной силы. К продаже генераторов энергии, Серл и его коллеги готовы давно, иногда они давали рекламу, но до серийного выпуска развитие их проекта не дошло. Возможно, отсутствие серийного производства – это компромисс за то, что они сейчас еще имеют возможность продолжать исследования. На фото показана фотография небольшой экспериментальной установки в современной лаборатории Джона Серла. Слева на фото ролики не вращаются, а справа на фото показаны вращающиеся ролики. Фото публикуется с разрешения Джона Серла. Он прислал письмо в январе 2011 года, с пожеланиями успехов в исследованиях.
Один из современных генераторов Серла.
В интернете есть много фильмов с его презентациями и пояснениями о том, «как это работает». Официально, проектами занимается компания DISC Direct International Science Consortium Inc. Они ставят задачи коммерческого освоения космоса, в том числе. Технические подробности данного изобретения имеют аналогии с другими проектами. Эффект Серла, обнаруженный в магнитных взаимодействиях, проявляется в необычном поведении роликов, находящихся в области постоянного поля кольцевого магнита с осевой намагниченностью. Ролик, установленный на свое место «на орбите», после небольшого толчка влево или вправо, начинает движение по орбите с вращением вокруг своей оси, причем с постоянным увеличением орбитальной скорости. Этот эффект может быть объяснен явлением «запаздывания взаимодействия», которое, при перемагничивании, в особых материалах, возникает даже на небольших скоростях взаимного движения магнитов. Команда последователей Джона Серла продолжает его проекты, создавая новые конструкции и применяя современные материалы.
Для более детального обсуждения конструкции, можно обратиться к схеме Рощина и Година, которые в 1992 году в Институте Высоких Температур, Москва, построили и успешно испытали аналогичный генератор. Проект назывался «Астра». Схема экспериментальной установки показана на рисунке.
Установка «Астра», авторы Годин и Рощин, 1992 год
В данной конструкции, периферийные магниты (ролики с осевой намагниченностью) вращаются вокруг центрального магнита, имеющего форму кольца с осевой намагниченностью. Вращение создает электродвигатель с внешним питанием. Некоторые отличия от проектов Серла состоят в том, что магниты, в данном случае, не являются свободными, а установлены на общем роторе (элемент 3), хотя ролики также имеют свободу вращения вокруг своей оси. Диаметр магнитной системы рабочего тела конвертора Година и Рощина в проекте «Астра» был около 1 метра. При оборотах более 500 оборотов в минуту, начиналось самовращение, и машина переключалась от первичного привода на генератор с нагрузкой до 7 киловатт. Интересно, что в процессе работы также отмечалось наличие осевой вертикальной силы, и создается радиальное электрическое поле. В затемненном помещении, вокруг работающего генератора наблюдается коронный разряд в виде голубовато-розового свечения и характерный запах озона. При этом, облако ионизации охватывает статор и ротор, и имеет тороидальную форму. Вокруг установки отмечаются концентрические «магнитные стены», то есть области изменения величины магнитного поля и температуры среды. Расстояние между данными «магнитными стенами» было около 50–60 см, толщина «стен» примерно 5–8 см. Температура внутри «стен» была ниже окружающей примерно на 6–8 градусов. Концентрические «магнитные стены» и сопутствующие тепловые эффекты начинали проявляться, заметным образом, примерно с 200 об/мин, и линейно нарастали по мере увеличения числа оборотов.
Подробнее, читайте о данном проекте в статье В. Година и С. Рощина «Экспериментальное исследование нелинейных эффектов в динамической магнитной системе», журнал Новая Энергетика. Метод запатентован в России: «Устройство для выработки механической энергии и способ выработки механической энергии», Рощин В.В., Годин С.М., патент РФ 2155435 от 27.10.1999 г. Несмотря на это, есть серьезные критические замечания, а также сомнения в корректности постановки и данного эксперимента и оценке его результатов.
Следующий пример конструкции магнитного мотора, который в 2010 году был показан на Всемирной Выставке в Шанхае, и его видели около 70 миллионов человек, это изобретение Ванга (Wang). Проект развивался более 40 лет.
На фото рис. 113 показано устройство небольшой мощности с вращающимся ротором, и ротор отдельно. Автор на фото показан еще «в молодости», он держит в руках мотор мощностью 1 кВт. Внутри мотора применяется феррофлюид, то есть магнитная жидкость.
Проект другого мотора на магнитах, был нам известен как «планируемый к продажам на рынке мотор ПЕРЕНЕДЕВ», серийное производство которого планировалось в Европе. Патент получен WO/2006/045333 04.05.2006, хотя его схема очень напоминает бразильский патент BR 8900294 (A), автор которого Malafaia Mauro Caldeira. Отметим, что бразильский патент был выдан после того, как автор Калдейра предоставил рабочий образец в патентный офис. Автор Майк Бреди (Mike Brady) широко рекламировал возможности его мотора PERENDEV, но за много лет мы не нашли позитивных откликов от покупателей. В 2009 мы пытались организовать визит к нему для проверки и покупки моторов мощностью 100 кВт. Однако демонстрация мотора под нагрузкой, так сказать «товар в действии», раз за разом откладывалась. Новости 2010 года прибавили пессимизма: Майкл Бреди был отправлен в Германию на суд, так как он не обеспечил поставки оплаченного товара, и его клиенты были «разочарованы». Патент Майкла Бреди WO2006045333A1 и схема его мотора известны. Магниты статора и ротора расположены под углом, в положении взаимного отталкивания. Многие попытки разных энтузиастов данного направления конструирования повторить конструкцию ПЕРЕНДЕВ были успешны, но надо отметить, что серийное производство так и не началось.
Поэтому мы можем предположить, что версия «чисто магнитного мотора» в исполнении фирмы ПЕРЕНДЕВ была не совсем удачной. 16 машин небольшой мощности (5–6 кВт), проданных в Европе для бета-тестирования, имели недостатки в эксплуатации (магниты размагничивались). Поэтому мощные машины 100 кВт и 300 кВт планировались к производству с использованием электромагнитов. Поведение Майкла Бреди по отношению к заказчикам было явно некорректным. Вместо организации широкой демонстрации своих изобретений, он предпочитал работать в скрытной манере, хотя заявки в публикациях давал многообещающие. В таких случаях, происходит спекуляция на повышенном спросе. Инвесторы и покупатели таких машин, учитывая возможность хорошо заработать при выводе нового продукта на рынок, готовы поверить и платить аванс. Я полагаю, что нормальный путь развития новых технологий идет через академическую среду, то есть при организации открытых демонстраций технологии, экспертной проверке и нормальном техническом сопровождении продаваемой продукции (гарантии возврата денег, гарантии по техобслуживанию), все сертификаты, включая электро– и пожаробезопасность, а также медицинские сертификаты. Согласитесь, что покупать такую продукцию, даже если она работает, может быть опасно по причине возможных неизвестных медико-биологических эффектов. Магнитные моторы, например, создают низкочастотные электромагнитные поля, которые трудно экранировать.
Рассмотрим пример нормального пути развития аналогичной технологии. Для этого, перейдем к более известной в 2010 году конструкции – мотору фирмы Steorn. Заявленная мощность в прототипе мотора и генератора Стеорн (Steorn) не превышает несколько ватт. Компания Стеорн работает в Ирландии, уровень специалистов в ней очень серьезный, академический. Используется дорогостоящее оборудование для измерений параметров работы их экспериментальных устройств. За 6 лет работы в компанию привлекли 8 миллионов Евро инвестиций. На продаже лицензий, то есть «ноу-хау», они уже заработали более 4,5 миллионов Евро. Необходимо отметить, что тема изучается «со всех сторон», и, первоначально планировали создать прототип мотора на постоянных магнитах. Схема очень похожа на вариант ПЕРЕНДЕВ. Сегодня фирма Steorn демонстрируют прототип с аккумулятором, тороидальными катушками и импульсным питанием, причем аккумулятор постоянно подзаряжается в ходе работы генератора. Компания серьезно подошла к изучению проблемы: на первом этапе, убедительно показала экспертам, что взаимодействие магнитов, при наличии частичного экранирования, может давать превышение мощности на выходе над потребляемой мощностью. Эксперты записывались в очередь, чтобы иметь возможность посетить лабораторию (более 300 визитов в год). Версия «чисто магнитного мотора» ОРБО не получила развития. Версия мотора-генератора Steorn 2010 года — на оси установлены два ротора. Нижний ротор с магнитами выполняет функции мотора, причем катушки статора в нем имеют вид тороидальных катушек. Верхний ротор с магнитами и катушки в статоре являются обычным электрогенератором.
В демонстрационной версии, авторами из компании Steorn показано, что работу мотора – генератора обеспечивает один небольшой аккумулятор, причем, после разгона и достижения номинальных оборотов, ток идет не из аккумулятора, а на заряд аккумулятора. Расход меньше, чем генерируемая мощность. В качестве перспективной технологии, компания Steorn разрабатывает генератор на аналогичных принципах, но без вращения. В нем, тороидальный сердечник, периодические меняющий магнитное состояние до уровня насыщения, обуславливает изменение магнитного потока в области генераторной катушки, что создает электродвижущую силу и мощность в нагрузке.
Известна компания в Австралии, которая много лет развивает похожий магнитный мотор ЛЮТЕК (LUTEC). Эффективность генераторов ЛЮТЕК более 400 %, они способны работать в автономном режиме. Разработка фирмы «LUTEC» хорошо защищена патентами, и уже проданы лицензии почти во всем страны мира, начата подготовка к серийному производству автономных источников электроэнергии. Первичный запуск, как и в схеме Адамса, требует наличия аккумуляторов. В процессе работы, аккумуляторы подзаряжаются.
Моторы-генераторы Джозефа Ньюмана, США (Joseph W. Newman), один из его патентов был получен в ЮАР, South African Patent Application # 831,296, в нем достаточно ясно показан принцип генерации энергии.
На первый взгляд, в конструкции Ньюана и Бедини применяется все та же пара: магнит и катушка, а они ничем не отличается от первых «игрушек» Майкла Фарадея. Кстати, он так и сказал на первой демонстрации его электромотора в Королевской Академии Наук Великобритании. В ответ на вопрос: «Какое применение найдет это изобретение?» Майкл Фарадей ответил: «Не уверен, наверное, в каких-либо игрушках». С этих игрушек и началась эпоха электромоторов.
Итак, в чем отличие моторов Ньюмана от других похожих конструкций? Обычно, у Ньюмана на катушке две обмотки: выше и ниже оси вращения. Одна из катушек выполняет роль привода ротора, вторая катушка является генераторной обмоткой. Один из вариантов такой конструкции и большой мотор-генератор Ньюмана имеет диаметр более метра. Ньюман в своих книгах указывает на то, что для успешной работы его мотора необходим особый режим, а катушки мотора и генератора должны содержать много витков. Можно допустить, что причиной эффективной работы такого генератора может быть эффект задержки реакции индуцированного поля на движение ротора, который мы ранее рассматривали (задержка перемагничивания). Без этого нюанса ротор должен тормозиться полем индуцированного тока и высокой эффективности не будет. Результаты Ньюмана достаточно убедительны, например, в 2004 его мотор показал непрерывную работу под нагрузкой, обеспечивая мощность 10 кВт в течении 8 часов.
Другой известный генератор с магнитами, известен как генератор Эклина-Брауна. Джон Эклин (John W. Ecklin) описал свою схему в патенте США № 3,879,622.
В первоначальном варианте, генератор Эклина производит механическую работу при периодическом экранировании силы отталкивания магнитов. Известны работы Калинина и Идельбаева, по созданию конструкции автономного источника энергии с постоянными магнитами и движущимся или вращающимся экранирующим «шунтом». В других конструкциях, аналогичный метод применяют для создания электродвижущей силы, получения тока и мощности в полезной нагрузке. Основная особенность генератора Эклина-Брауна в том, что конструктивно удается уменьшить мощность привода, требуемую для вращения оси. Обычно, привод должен преодолеть точку максимального притяжения магнита и ротора. В генераторе Эклина-Брауна применяются два экранирующих элемента, справа и слева на оси. Они повернуты относительно друг друга на 90 градусов, и когда одна пластина входит в зазор между магнитами, другая пластина выходит из зазора. Это устраняет проблему торможения ротора в точке максимального сближения магнита и пластины.
Развитие этой идеи на новом уровне происходит в работах Даниеля Куалле (Dan Qualle). В данной схеме, включение электрической нагрузки в цепь генераторной катушки, почти не оказывает влияния на первичный привод, и ток потребления привода не растет. Из схемы прохождения магнитных потоков понятна особенность индуцирования тока в генераторных катушках: ротор периодически меняет условия суммирования магнитных полей от магнитов статора, которые расположены навстречу друг другу одинаковыми полюсами. Таким образом, входя в зазор между магнитом и полюсом катушки, ротор не увеличивает поток магнитной индукции в области катушки, и ее магнитное поле индуцированного тока не тормозит ротор. Индукционный эффект организован таким образом, чтобы не мешать созданию изменений поля. Например, «шунт» входит в зазор слева от катушки, в ней увеличивается поток магнитной индукции от правого магнита, и, соответственно, в ответ на это изменение создается индукционный ток. В другой фазе вращения, «шунт» входит в зазор справа от катушки, поле левого магнита проникает в сердечник катушки, она реагирует соответственно.
Вариант реализации генератора по схеме Куалле, который был изготовлен и проверен в 2010 году, в Санкт-Петербурге, ЗАО «Резонанс». Привод (электромотор) на фото не показан. Кольцевые магниты расположены одинаковыми полюсами друг к другу. При испытаниях было доказано, что нагрузка (ток в цепи генераторной катушки) незначительно влияет на скорость вращения ротора.
Дан Куалле, и другие авторы, называют такие разработки «no-Lentz effect» то есть «генератор без эффекта Ленца». Правило Ленца, которое мы знаем, как закон индукции Фарадея, действительно, можно конструктивно обойти, чтобы получить возможность вращения ротора генератора под нагрузкой без торможения. Более того, в ряде конструкций предлагается получать ускорение ротора полем индуцированного тока. Такие задачи решаются различными методами.
Данная тема активно развивается, например, в США известен автор – разработчик Алан Франкуер (Alan Francouer), и его генератор «The Interference disk electric generator». Слово «интерференция», в данном случае, означает «прерывание». Первый генератор такого рода, работающий автономно, Аллан построил еще в 2001 году.
Отметим, что его «шунт» цельнометаллический, поэтому мы имеем различие в концепции схемы и принципах работы данной машины. Катушки в генераторе Франкуера расположены между двумя «звездочками», которые шунтируют магнитный поток постоянных магнитов. Аллан предлагает 10-лучевые «звездочки» и 12 магнитов, причем левый и правый шунт, как и в схеме Эклина-Брауна, сдвинуты по фазе. Тем самым, обеспечивается плавное вращение ротора, без торможения в месте максимального сближения с полюсом магнита. Подробнее, о работах Франкуера, можно прочитать в журнале «Новая Энергетика» или в Интернет.
Рассмотрим еще одно интересное изобретение, в данном случае, японское. Патент США № 5,594,289, 14 января 1997 года, автор Кохей Минато, Япония. На роторе закреплено множество постоянных магнитов, расположенных одинаковыми полюсами в направлении вращения ротора.
Каждый из закрепленных на роторе постоянных магнитов расположен под углом относительно радиального направления ротора. Возле внешней окружности ротора, вплотную к нему, расположены электромагниты, в которых, периодически создается мощный импульс поля. Внедрение этого изобретения уже приносит автору и его партнерам большую прибыль, так как они начали производство вентиляторов, потребляющих в три раза меньше энергии, чем обычные вентиляторы той же производительности потока воздуха.
Фото вентилятора с приводом по схеме
Интересно отметить, что были попытки организовать сделку по приобретению данной технологии и развитию производства в России. В 2006 были проведены переговоры, уже готовились документы для поездки в Японию для демонстрации технологии, но Минато и его компаньоны выдвинули условия по приобретению у них большой партии обычных вентиляторов. Кроме того, они отметили, что технология привода «повышенной эффективности» относится к «стратегическим интересам страны», и продаваться не будет. В общем, переговоры отложили на неопределенное время.
По принципу действия схемы магнитного мотора автора Кохей Минато, можно добавить, что в ней избыточная энергия (автор заявлял 300 %) обусловлена сочетанием геометрии магнитов ротора и эффекта импульсного «ударного» взаимодействия, которое мы отмечали во многих конструкциях. Очевидно, что и в этом случае, мы имеем дело с передачей взаимодействия через эфир, поскольку магнитное поле может рассматриваться, как потоки эфирной среды. Избыточная энергия обусловлена изменениями энергии среды. При «медленном» нарастании «толкающего» импульса, эффективность работы снижается до 100 % и менее.
В таком случае, простая конструкция с коленвалом и поршнем, на котором укреплен магнит, тоже имеет перспективы развития и получения автономного режима. В случае мощного импульса тока, поле электромагнита отталкивает магнит, закрепленный на «поршне» с силой, которая зависит от величины магнитных полей тока и магнита. Затраты тока первичного источника будут минимальны при малой длительности импульса. Источником избыточной энергии, как и в случае с мотором Кохей Минато, является эфирная среда, поскольку взаимодействие передается через среду.
Рассмотрим другое изобретение, которое нашло свое применение, и есть надежда его внедрения. Речь идет о магнитном моторе Флина (Flynn), подробнее на сайте www.flynnresearch.net
Суть принципа переключения магнитного потока по методу Флина показана на рисунке. Подавая сигнал управления на катушки, магнитный поток от постоянных магнитов переключается из одной ветки магнитопровода в другую, что производит полезную механическую работу в моторе.
Принцип «параллельных путей потока»
На левом рисунке показана ситуация, когда тока в обмотке нет. Оба подвижных элемента слева и справа притягиваются одинаково, с силой, условно равной единице. На правом рисунке показана ситуация, при наличии тока в обмотке. В левой части конструкции, поле тока обмотки и поле постоянного магнита складываются, притягивая подвижный элемент с силой, условно равной четырем. В правой части конструкции, подвижный элемент не испытывает силового воздействия. При изменении направления тока, ситуация для левого и правого подвижного элемента, соответственно, меняется. Авторы утверждают, что эффективность их моторов, работающих по такой схеме, вдвое выше, чем у обычных моторов (вентильных приводов). Компания FlynnResearch имеет контракты от многих заказчиков на моторы повышенной эффективности, мощностью от 5 ватт до 10 кВт, в том числе от военных заказчиков. Технология «параллельных магнитных путей», предложенная Флином, развивается другими исследователями. Например, автор Хильденбанд (Jack Hilden-Brand) построил мотор по схеме Флина. Мощность на входе не более 180 ватт, мощность на выходе – около 380 ватт. Серьезные планы по внедрению магнитных моторов на транспорте, для автомобилей, в первую очередь, имеют американская компания Millennial Motors, Inc., и австралийская фирма Cycclone Inc., которая еще в 2003 году поставила магнитный мотор на автомобиль и показала его в действии телерепортерам. Характерно, что после этого уровня проекта, его развитие идет почти незаметно для публики и новых сообщений нет.
Необходимо отметить, что существуют и российские разработки в данной области, например, группа под руководством Георгия Михайловича Корнилова, Ростов-на-Дону, разрабатывает высокоэффективный мотор с магнитами и переключением потока. По данным 2011 года, при 1200 ватт на входе, мощность на валу мотора достигает 3 кВт.
Создан прототип мощностью 5 кВт, и планируются конструкторские работы по созданию мотора мощность 100 кВт. Об эффективности таких моторов можно говорить после их испытаний, хотя авторы планируют получать механической мощности на валу в несколько раз больше мощности, затрачиваемой в цепях управления. Такие моторы, в сочетании с обычными электрогенераторами, смогут стать основой автономных электростанций.
Американские эксперименты в области линейного магнитного ускорения, примерно с 1997 года, проводит Грег Ватсон (Greg Watson), устройства с шариком называются SMOT. В продаже есть наборы для экспериментов, включая «большую железную дорогу» размером с комнату, по «рельсам» которой двигается шарик, поднимаясь и опускаясь от цикла к циклу. Ускорение шарика подбирается таким, чтобы ему хватало энергии пройти «одну ступень» и попасть в точку старта следующей ступени. Эксперимент интересный, но непрактичный. Градиент магнитного поля при минимальных расстояниях (зазоре между магнитом и ускоряемым телом), дает намного больше мощности и перспектив коммерциализации. Известный пример такой схемы – мотор Текко (Kure Tekkosho Co. «Permanent Magnet Prime Mover», патент Японии № 55144783)
Впервые, данная схема появилась в журнале Popular Science 1979 год. В роторе имеется постоянный магнит, а расстояние от полюса магнита до статора меняется. Магниты ротора и статора отталкиваются. В роторе используется мощный кобальтовый магнит, а в статоре – менее мощные неэлектропроводящие ферритовые магниты. Видимо, это уменьшает потери на индукционные токи Фуко в статоре. Этот принцип называется «магнитный градиент». За счет данного градиента, на участке движения ротора с ускорением, при изменении расстояния от полюса ротора до магнитов статора, создается крутящий момент, без затрат от внешнего источника энергии. В точке минимального зазора в статоре расположен электромагнит, который в импульсном режиме помогает ротору пройти «мертвую точку», и снова начать цикл ускорения.
Конструктивные особенности, а именно, масса ротора, сила магнита, импульсное управление электромагнитом и другие нюансы очень важны при конструировании. Например, малая масса ротора не позволит в полной мере накопить кинетическую энергию, создаваемую при ускорении ротора в градиентном магнитном поле. Ротор должен иметь свойства маховика. История изобретения интересна тем, что автор не мог найти поддержку в своей стране, и поехал в США. Его патент и демонстрации мотора в действии привлекли внимание. После некоторых событий, автор был возвращен в Японию.
Другой ротор с градиентом, известный как магнитный мотор Соукупа (George Soukup) Германия, или V-gate в США, (Calloway V-gate) представлен многими авторами в различных вариантах конструкции.
На фото ротор немецкого изобретателя Соукупа. В роли нагрузки, автор использовал винт пропеллера. Статор представляет собой несколько магнитов, соединенных последовательно в столбик. В конструкции Соукупа, статор имеет несколько «столбиков» магнитов.
Конструкция похожего мотора с градиентом по схеме V-gate (V-ворота), с одним «магнитом – статором», который является не совсем обычным статором.
Отметим, что Г-образная перекладина, на которой сверху установлен магнит статора, может двигаться вдоль вертикальной направляющей оси, и делает это каждый раз, при прохождении ротором «мертвой точки». Белая деталь в форме полумесяца, закрепленная на оси в нужном положении, при прохождении «мертвой точки», поднимает перекладину с магнитом статора, а затем вновь начинается цикл ускорения за счет градиента магнитного поля. На прозрачном диске установлены резиновые шайбы, выполняющие роль амортизаторов. После цикла ускорения, ротору необходимо сохранить набранную кинетическую энергию, а для этого надо пройти «мертвую точку» без потерь. Это возможно при изменении линейной траектории, путем сдвига вдоль оси вращения. Данный тип моторов весьма капризен в настройке.
Прекрасный пример простой и работоспособной конструкции – мотор Вальтера Торбай, запатентованный в Аргентине, №P040103029, Walter Torbay, 2004 год. Автор сделал модель из дерева, магниты маломощные.
На рисунке показаны основные узлы его мотора. Детально конструкция описана в патенте. Отметим, что магниты статора, по-очереди циклично поднимаются и опускаются, позволяя ротору проходить точки максимального сближения без торможения. Напоминает работу мотора V-gate и мотора Соукупа.
Градиент, в сочетании с экранированием, встречается во многих конструкциях.
Магнитный мотор с экранированием части цикла.
В данной схеме, магнит статора скрыт от приближающегося магнита ротора железным экраном. Расстояние между магнитом ротора и железным элементом статора меняется, как и в конструкции Кюре Текко.
Притяжение – результат градиента силы между магнитом ротора и железным статором, который также выполняет роль экрана. Этот градиент создает крутящий момент. После прохождения «мертвой точки», магниты отталкиваются, и цикл повторяется. Данных о практической реализации не имеется.
Другое известное изобретение из области магнитных моторов, описано в патенте Говарда Джонсона (Howard Johnson) Патент США № 4,151,431, выдан в 1979 году.
Суть изобретения Джонсона состоит в особой изогнутой форме магнита, который, при определенных условиях, получает постоянный однонаправленный импульс тяги, находясь рядом с магнитами статора. Важно отметить: для ускорения нужен градиент, поэтому зазор между магнитами статора не постоянный, он меняется. В данной концепции, магнит на тележке проходит внутри стационарных магнитов с ускорением, причем этот цикл можно замкнуть. Пресса рекламировала его разработки, были известны проекты 1980-х годов по созданию прототипа мощностью 5 кВт, однако, производственные планы в США по выпуску генераторов Джонсона не были реализованы.
Обычно магнитный материал заготовки, на заводе, помещают в линейное поле мощного соленоида, поэтому, независимо от формы заготовки, ее намагниченность получается линейной. Изогнутые магниты в моторе Джонсона должны иметь угол наклона линий магнитного поля, по отношению к оси магнита. Для выполнения данного условия, целесообразно намагничивать их под соответствующим углом. Это требует изготовления нестандартной оснастки для изготовления постоянных магнитов. Отметим также еще раз, градиент поля в статоре (зазор между магнитами статора меняется).
Из современных известных проектов, стоит отметить мотор Троя Рида (Troy Reed). Патент WO 9010337 (A1)
Магниты ротора и магниты статора отталкиваются друг от друга, создавая вращение коленвала. Автор объяснял, что в его конструкции магниты взаимодействуют таким образом, чтобы не создавать «мертвых точек». Вал мотора легко вращается рукой, без «залипания». Более подробно, принцип работы его генераторов не известен. Работали они хорошо, и даже нашли практическое применение. В 1994–1995 Трой Рид демонстрировал автомобиль, который приводился в движение его магнитным мотором.
Очень интересное изобретение Муаммера Илдиза (Muammer Yildiz), патент WO 2009019001 (A2), было показано недавно в Университете Delft University of Technology, Нидерланды. В качестве полезной нагрузки, автор установил на ось вентилятор.
Более мощная версия другого магнитного мотора, около 300 л.с., разработана южно-корейской компанией Shinean Corp. Схема пока неизвестна, но в конструкции есть коленвалы и постоянные магниты. Более подробно мы рассматривать конструкцию не будем, так как недостаточно информации о схеме, хотя в интернет есть убедительные видеоматериалы. Серьезный подход корейских авторов обещает интересные перспективы развития технологии.
Вы видите, что информации по магнитным моторам очень много. Давно созрела необходимость ее осмысления и построения надежной теории для развития практических направлений, в том числе, для энергоснабжения. Известным российским автором в данной области является Михаил Федорович Остриков, Санкт-Петербург. Он работал в Военно-Космической Академии имени Можайского, в 2001 издал книгу «Общая теория единого мира». Остриков впервые (еще в 1991 году) показал особые точки в структуре магнитного поля кольцевого магнита, где оно меняет направление, и назвал их «балдж». Проводя опыты с вращением поля, а также другие эксперименты, Михаил Федорович нашел много полезных технических решений, описанных в его патентах, например «Линейный генератор электрической энергии», № 2051462. Интересные предложения Остриков делает в книге «Технические приложения новых проявления магнетизма», СПб., 1997 г. Ряд его экспериментов напоминает работы Джона Серла, но эти авторы имеют разную теоретическую основу для изучения явлений магнетизма.
Особые проявления «продольного магнетизма» нам известны по работам российского ученого Николаева Г.В., г. Томск. В его книгах подробно описана теория и эксперименты, и показаны эффекты, полезные для конструирования преобразователей энергии, использующих эти новые свойства магнитных полей.
Известным примером, играющим важную роль для популяризации магнитных моторов, является демонстрационная машина Финсруда (Reidar Finsrud), установленная в норвежском музее.
Принцип работы. Металлический шар движется по кольцевой направляющей, ускоряясь на участке сближения с магнитом. В нужный момент, шар своим весом нажимает на рычаг, и это усилие отодвигает магнит с его пути, чтобы шар мог без торможения пройти точку максимального сближения с магнитом. Далее, шар двигается по инерции, повторяя цикл.
Интересное изобретение, которое было реализовано на уровне 200 кВт (по сообщениям Алана Стерлинга www.peswiki.com) описано в патенте США № 5,710,731, 20 января 1998 года, автор Андрей Аболафия (Andrew Abolafia). На рисунке показана схема данной конструкции, включающая магнит и катушку. Особенность конструкции в том, что магнит помещен в центре катушки, а вокруг него вращается полусфера, сделанная из сверхпроводящего материала, чем обеспечивается изменение магнитного поля и индукционный эффект в катушке. В общем, принцип такой же, как в любом альтернаторе, но используется сверхпроводящий «шунт» полусферической формы. Предлагаемый метод намного лучше, так как почти нет затрат на создание изменений магнитного поля».
Отметим, что в интернет можно найти много рекламных предложений по продаже схем – чертежей магнитных генераторов, которые, якобы, «смогут обеспечить Ваш дом независимым энергоснабжением». Предложения заманчивые, но приобретение схем не гарантирует успешную работу экспериментальной конструкции, которую Вы сами сможете собрать. Я смотрел эти проекты, они требуют наличия опыта и «домашней лаборатории». В целом, магнитные моторы, по сравнению с другими конструкциями генераторов свободной энергии, уже нельзя назвать оптимальным решением.
Во-первых, некоторые из них, при работе создают низкочастотное магнитное поле, которое почти не экранируется.
Во-вторых, все роторные конструкции уступают «неподвижным» преобразователям энергии по многим потребительским качествам.
В-третьих, длительная экспериментальная работа с сильными магнитами приводит к изменениям в составе крови, и повышенному давлению.
Ну и самое главное – если энергия снимается напрямую с силы взаимодействия постоянных магнитов, то они просто размагничиваются, обязательно должна быть изюминка в виде импульсного или ударного воздействия и др. Есть ещё один важный политический аспект — 95% поставок редкоземельных материалов контролируется КНР….
Мы рассмотрели малую часть генераторов с постоянными магнитами, которые уже широко известны. Развитие этого направления экспериментальных проектов идет во всем мире, и будет давать нам новые данные для изучения.
Продолжение следует.
Ветрогенератор на неодимовых магнитах своими руками
Аксиальный ветрогенератор, который работает на неодимовых магнитах, впервые начали массово изготавливать в странах Запада. И это были вовсе не заводские изделия, а плод труда местных гаражных мастеров, поставивших себе на службу явление левитации. Серьезной популярности именно такие модели ветряка обязаны массовому распространению и дешевизне неодимовых магнитов. Постепенно комплектующие и схемы изготовления стали распространятся по всему миру и в настоящее время магнитный аксиальный ветрогенератор завоевывает признание на просторах Российской Федерации. Ниже описана последовательность создания одной из самых удачных моделей такого ветряка.
к содержанию ↑Процесс создания ротора
Основой генератора автор разработки решил сделать ступицу автомобиля с дисками тормоза, поскольку она мощная, надежная и идеально сбалансированная. Начав делать ветряк своими руками, в первую очередь следует подготовить основу для ротора — ступицу, — почистить ее от грязи, краски и смазки. После чего приступить к наклейке постоянных магнитов. Для создания данного ветрогенератора, их было использовано по двадцать штук на диске. Размер неодимовых магнитов составил 25х8 миллиметров. Однако, и их количество, и их размер могут варьировать в зависимости от целей и задач человека, своими собственными руками создающего ветрогенератор. Однако всегда будет правильным, для получения одной фазы, равенство количества полюсов числу неодимовых магнитов, а для трех фаз — выдержка соотношений полюсов и катушек — два к трем или три к четырем.
Магниты следует располагать учитывая чередование полюсов, к тому же максимально точно, но прежде, чем приступить к их наклейке, нужно либо создать бумажный шаблон, либо прочертить линии, делящие диск на сектора. Чтобы не перепутать полюса, делаем отметки на магнитах. Главное — выполняем следующее требование — те магниты, которые стоят напротив друг друга, должны быть повернуты разными полюсами, то есть притягиваться.
Магниты приклеиваются к дискам при помощи супер-клея и заливаются. Также нужно сделать бордюрчики по краям дисков и в их центре, либо намотав скотча, либо вылепив из пластилина для недопущения растекания.
Фазы — что лучше — три или одна?
Многие любители электрической техники идут по пути наименьшего сопротивления и, чтобы не заморачиваться, останавливают свой выбор на однофазном статоре для ветряка. Однако у него имеется одна неприятная особенность, нивелирующая простоту сборки, — это вибрация в нагруженном состоянии, по причине непостоянства отдачи тока. Ведь амплитуда такого статора скачкообразна, — достигая максимума, когда неодимовые магниты располагаются над катушками, а после падая до минимума.
А вот, когда генератор сделан по трехфазной системе, то вибрации отсутствуют, и показатель мощности ветряка имеет постоянное значение. Причина такого отличия заключается в том, что ток, падая в одной фазе, в то же время нарастает в другой. И в итоге, ветрогенератор, работающий в трехфазной системе, может быть более эффективным до 50 %, чем точно такой же, но использующий однофазную систему. И главное, — нагруженный трехфазный генератор не дает вибрации, следовательно, мачта не дает повода для жалоб на ветрогенератор в надзирающие органы недоброжелателям из числа соседей, поскольку не создает надоедливого гула.
к содержанию ↑Способ намотки катушки статора ветряка
Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность.
Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.
Для того чтобы разобраться, какой потенциал мощности имеет генератор, покрутите его с одной катушкой, поскольку, в зависимости от того, в каком количестве будут установлены неодимовые магниты и какова их толщина, данный показатель может существенно отличаться. Измерение проводятся без нагрузки при необходимом числе оборотов. Например, если генератор при 200 оборотах за минуту обеспечивает напряжение в 30 В, имея сопротивление в 3 Ом, то следует из 30 В вычесть 12 В (напряжение питания аккумулятора) и полученный результат — 18 делим на 3 (сопротивление в омах) получаем 6 (сила тока в амперах), которые и пойдут от ветрогенератора на зарядку АКБ. Однако, как показывает практика, по причине потерь в проводах и диодном мосту, реальный показатель, который будет производить магнитный аксиальный генератор, будет поменьше.
Магниты для создания ветрогенератора лучше брать в форме прямоугольника, поскольку их поле распространяется по длине, в отличие от круглых, поле которых сосредотачивается в центре. Катушки, как правило, мотают круглыми, хотя лучше делать их несколько вытянутыми, что обеспечивает больший объем меди в секторе, а также более прямые витки. Отверстие внутри катушек должно быть равно или превышать ширину магнитов.
Толщина статора должна быть такой же что и магниты. Форма для него обычно фанерная, для прочности под катушки и поверх них кладут стеклоткань, и все это заливается эпоксидной смолой. Для того, что бы не допустить прилипания смолы к форме, последнюю смазывают любым жиром либо применяют скотч. Провода предварительно выводят наружу и скрепляют между собой, концы каждой фазы после этого соединяют треугольником либо звездочкой.
Мачта для ветрогенератора
Мачту на которой будет расположен данный генератор, можно делать высотой от 6 и выше метров, чем выше, тем больше скорость ветра. Под нее следует вырыть яму и залить основание из бетона, а трубу укрепить таким образом, чтобы магнитный аксиальный ветрогенератор, сделанный своими руками, можно было опускать и поднимать. Делать это можно при помощи механической тали.
к содержанию ↑Винт ветряка
Его делают из поливинилхлоридных труб, чей оптимальный для этого диаметр — 160 мм. К примеру, ветрогенератор, работающий на принципе магнитной левитации, с диаметром в два метра и шестью лопастями, при скорости ветра в 8 метров за секунду, способен обеспечить мощность до 300 Вт.
к содержанию ↑Как повысить мощность ветряка?
Для подъема мощности ветрогенератора можно использовать магниты. Попросту на магниты, которые уже установлены наклеить еще по одному такому же или более тонкому. Другой способ основан на установке в катушки металлических сердечников, — пластин трансформатора. Это обеспечит усиление магнитопотока в катушке, однако вызывает небольшое залипание, которое, впрочем, совершенно не ощущается шестилопастным винтом. Стартует такой ветрогенератор при ветре в 2 м/с. Благодаря применению сердечников генератор получил увеличение мощности с 300 до 500 Вт/ч при ветре в 8 м/с. Также следует уделять внимание форме лопастей, — малейшие неточности снижают мощность.
Двигатели и генераторы с осевым потоком Уменьшение размера, веса
Сегодня большинство электрических машин работают с радиальным магнитным потоком (RF). Однако Magnax предлагает новую концепцию — станок, работающий с осевым потоком (AF). На рисунке 1 показано сравнение технологий RF и AF.
1. Сравнение радиально-флюсовых машин.
Magnax утверждает, что ключом к высокой удельной мощности является конструкция AF без ярма двигателя с двумя роторами с каждой стороны машины.Двигатели AF без ярма имеют более короткий путь магнитного потока, а постоянные магниты расположены дальше от оси, что приводит к большей эффективности и рычагу вокруг центральной оси.
Кроме того, благодаря конструкции с осевым потоком очень мало меди расходуется на выступающие петли обмоток. Моторы имеют нулевой вылет; то есть 100% обмоток активны.
Технология масштабируется от небольших двигателей (т. Е. Электромобилей) до больших генераторов (т. Е. Генераторов ветряных турбин).
По данным компании, генератор с осевым потоком на постоянных магнитах (AFPM) мощностью 100 кВт для ветряной турбины среднего размера предлагает следующие преимущества:
- Повышенный КПД (+ 96% КПД, до 97% для более крупных генераторов).
- Уменьшенная длина (в 5-8 раз короче, чем у традиционных приводов ветряных турбин).
- Сниженная масса (от 2 до 5 раз легче, чем редукторные или традиционные редукторные генераторы с прямым приводом).
- Снижение потребности в ресурсах (от ½ до требуемых материалов по сравнению страдиционные генераторы RF с прямым приводом, что также приводит к снижению затрат).
Конструктивные особенности осевого флюсового станка Magnax включают:
- Двойные роторы с постоянными магнитами для максимально возможного отношения крутящего момента к весу.
- Статор без ярма для кратчайшего пути прохождения потока.
- Медный провод прямоугольного сечения, для возможного коэффициента заполнения медью 90%.
- Концентрированные обмотки для минимально возможных потерь в меди (без выступов катушек).
- Высококачественная электротехническая сталь с ориентированной структурой (ThyssenKrupp GOES), снижающая потери в сердечнике на целых 85%.
- Запатентованная система охлаждения обмоток для минимально возможных температур статора.
- Вся производственная цепочка основана на недорогих и легко масштабируемых производственных процессах.
Машины AFPM хорошо работают в очень широком диапазоне скоростей вращения, что делает их пригодными для применений с высокой скоростью с низким крутящим моментом и низкой скоростью с высоким крутящим моментом.
2. Вот сравнение двигателя BMW I3 и Magnax AXF225.
АппаратыAF более компактны, поскольку они намного более эффективны с точки зрения электромагнитного излучения, чем аппараты RF, что часто имеет решающее значение для встроенных приложений, например, в транспортных средствах. Тонкая и легкая конструкция обеспечивает более высокую мощность и крутящий момент в машине. Хорошим примером является сравнение двигателя BMW I3, который имеет вес 41 кг при пиковой мощности 125 кВт, с двигателем.Magnax AXF225, который имеет вес 14 кг для пиковой мощности 170 кВт (рис. 2) . Кроме того, по заявлению компании, машины AFPM могут обеспечить наивысшую энергоэффективность среди всех электрических машин, главным образом потому, что нет ярма и пути потока (через сердечники из электротехнической стали с ориентированной зернистостью) очень короткие. На рис. 3 показан двигатель AFPM Magnax 275 мм.
3. 275-миллиметровый двигатель Magnax AF предназначен для электромобилей.
Движущиеся асинхронные двигатели и редукторы
В настоящее время в решениях для электрических машин преобладают комбинации стандартных асинхронных двигателей и редукторов.Эти асинхронные двигатели имеют типичный максимальный КПД ниже 90% при полной нагрузке и ниже при частичной нагрузке. Они также часто производят длинные массивные приводы.
В новых концепциях машин используются постоянные магниты для создания постоянного магнитного поля и, таким образом, создания магнитного потока по своей конструкции. В результате плотность мощности и динамические характеристики машин с постоянным магнитом выше, чем у индукционных машин или машин с электрическим возбуждением, в которых магнитное поле должно создаваться (прямо или косвенно) посредством электрического тока.
Машины с прямым приводом (DD) с радиальным потоком (RF) представляют собой альтернативное решение для преодоления проблем эффективности и надежности традиционных решений, связанных, в первую очередь, с редукторами. Машины DD устраняют редуктор и подключают генератор или двигатель напрямую к нагрузке. Чтобы это решение было эффективным, двигатель / генератор должен иметь возможность напрямую обеспечивать требуемый крутящий момент на низкой скорости, что требует совершенно новой конструкции двигателя / генератора.
МашиныRF DD тяжелее и дороже из-за использования радиального магнитного потока для передачи энергии.Фундаментальные электромагнитные и тепловые ограничения при таком подходе приводят к тому, что машины часто бывают широкими и длинными по сравнению с современными моделями.
Для больших машин также требуются постоянные магниты из редкоземельных элементов и медь для катушек. (Согласно данным Öko-institut e.V, генераторы RF DD требуют 600-700 кг магнитного материала на мегаватт.) Использование редких и ценных ресурсов оказывает большое влияние на стоимость и анализ жизненного цикла машин RF DD. На рис. 4 сравниваются генератор RF DD мощностью 300 кВт и генератор Magnax AF DD мощностью 3×100 кВт (всего = 300 кВт).
4. Сравнение генератора прямого привода с радиальным потоком мощностью 300 кВт (слева) и генератора Magnax AF DD мощностью 3×100 кВт (справа).
Станки с прямым приводом Axial-Flux
Принципиально другой подход к прямому приводу заключается в установке двух наборов магнитов параллельно друг другу, перпендикулярно оси вращения. Такая топология с осевым потоком обеспечивает меньшую ширину и вес станков, чем станки RF DD. Машины AF DD не только более компактны, но и обладают более высокой эффективностью, чем их аналоги RF DD.Машины Axial Flux имеют гораздо более высокую удельную мощность, потому что:
- Магниты станка AF расположены дальше от центральной оси, что приводит к большему «рычагу» на центральной оси. Аппараты
- AF имеют более эффективную электромагнитную топологию. В ВЧ-машинах магнитный поток движется через первый зубец, а затем через статор обратно к следующему зубцу к магнитам. В отличие от этого, путь потока для машин AF короче — от первого магнита через один сердечник и прямо на другой магнит.(применимо только для двухроторных топологий, таких как машины Magnax). Например, в ветряной турбине нам нужно менее 300 кг магнитного материала на мегаватт вместо 600-700 кг на мегаватт для генераторов RF DD.
Кроме того, магнитный поток в ВЧ-машинах должен изгибаться и двигаться по двумерной траектории. Поэтому в машинах с радиальным флюсом нельзя использовать ориентированную электротехническую сталь для сердечников (статора). В случае машин AF, путь потока является одномерным, поэтому Magnax может использовать сталь с ориентированной зеренной структурой для своих машин с осевым потоком.Это приводит к меньшим потерям в стали, когда поток проходит через сердечники. Ориентированная сталь облегчает прохождение флюса, что приводит к дополнительному повышению эффективности.
- В машинах RF до 50% обмоток неактивны (часть, расположенная снаружи от зубцов статора, которая используется только для создания контуров, или так называемого «выступа катушки»). Выступ катушки увеличивает электрическое сопротивление и рассеивает тепло и не выполняет никаких функций. Это то, что они называют «распределенной обмоткой», что приводит к гораздо худшему общему соотношению мощности и веса по сравнению с машинами с осевым потоком, у которых нет выступа катушки.Для станков Magnax AF активна 100% обмотки.
- В машинах RF тепло должно передаваться через статор наружу машины. К тому же сталь не является хорошим проводником тепла. Выступ катушки также трудно охладить, потому что он не контактирует напрямую с корпусом двигателя. Машины AF обеспечивают оптимальное охлаждение, поскольку обмотки непосредственно контактируют с внешним алюминиевым корпусом. Поскольку алюминий очень хорошо проводит тепло, обмотки машин AF остаются холодными, в то время как сопротивление меди остается низким, что приводит к более высокой эффективности.
Масштабирование концепции станка
Концепция Magnax масштабируется от диаметра 150 мм до диаметра 5400 мм и более. Эта «особенность» с несколькими статорами, в которой несколько машинных дисков объединены параллельно, добавляет гибкости за счет увеличения крутящего момента и мощности (рис. 5) .
5. Достигается максимальная гибкость и масштабируемость при сохранении высокой технологичности.
Исторически сложилось так, что конструкции AF сталкивались с проблемами проектирования и производства:
Механический: Высокие магнитные силы, действующие между ротором и статором, создают технические и материальные проблемы для поддержания равномерного воздушного зазора между этими двумя компонентами с высокими допусками.Компания Magnax решила эту проблему, улучшив дизайн.
Тепловой: Обмотки в машине AF расположены глубоко внутри статора и между двумя дисками ротора, что представляет большую проблему с точки зрения охлаждения, чем для конструкции RF DD. Компания Magnax разработала и запатентовала новую концепцию, в которой алюминиевые детали окружают сердечники и отводят тепло непосредственно снаружи машины. В результате отпадает необходимость проталкивать жидкости через керны (что может вызвать локальную турбулентность и пузырьки воздуха, а также снизить прочность конструкции).Снаружи охлаждение осуществляется с помощью охлаждающих ребер или путем установки водяной рубашки.
Производство: Станки AF до сих пор были очень сложными в производстве, поскольку конструкция стального элемента статора по-прежнему основывалась на конструкции станков RF с использованием ярма статора для замыкания магнитной петли. Магнитные силы между дисками ротора и статора очень затрудняют поддержание равномерного воздушного зазора между ними. Если они начнут раскачиваться или гнуться, диски могут начать тереться друг о друга, что в лучшем случае приведет к повреждению подшипников, а в худшем — к быстрой и впечатляющей внеплановой разборке.
Решение компанииMagnax было первым, чтобы удалить железное ярмо со статора, но сохранить железные зубцы. Далее идут два диска ротора со статором между дисками. Между роторами и статором существует небольшой воздушный зазор, который содержит обмотки, а роторы содержат магниты. Два диска ротора оказывают на ротор равную (но противоположную) силу притяжения.
Однако диски напрямую соединены друг с другом через кольцо вала, поэтому силы компенсируют друг друга.Внутренний подшипник не воспринимает эти силы; ему нужно только удерживать статор посередине между двумя дисками ротора. Теоретически, когда статор находится точно посередине, он находится в равновесии и никакие силы не действуют на подшипник, хотя всегда есть небольшая сила, которая действует на внутренний подшипник.
Эффективность потока
В станках Magnax Axial Flux для изготовления сердечников используется высококачественная электротехническая сталь с ориентированной зернистой структурой (GOES) ThyssenKrupp. Сталь с ориентированной зернистой структурой не может использоваться с ВЧ машинами, потому что пути потока в этих машинах следуют нелинейной двумерной траектории.В топологии Magnax AF зерна стали ориентированы в том же направлении, что и пути потока. Низкие потери и отличная проницаемость материала с ориентированными зернами в прокатном (осевом) направлении приводят к получению машины с уменьшенными на 85% потерями в сердечнике статора и небольшим увеличением электромагнитного момента.
Поскольку длина машины очень мала (например, 140 мм для генератора с внешним диаметром 1600 мм), несколько машин (дисков) могут работать параллельно, что называется топологией с несколькими статорами.Обычно это делается, когда необходимо сохранить ограниченный внешний диаметр генератора или двигателя.
Объединение нескольких машин в один стек дает большую гибкость приложению конечного пользователя и позволяет применять более «стандартизированный» инженерный подход. Эта конфигурация обеспечивает отказоустойчивость, так как машина может продолжать работать, даже если какая-либо из ступеней повреждена или отключена.
Чтобы еще больше уменьшить осевую длину и вес, роторы, расположенные спина к спине, могут быть объединены в один, а внутренние подшипники могут быть заменены одним или двумя внешними подшипниками.
Приложения для высокоскоростных двигателей
Концепция AFMagnax используется в электродвигателях для электромобилей, где вес и размер должны быть сведены к абсолютному минимуму, обеспечивая при этом высокую мощность и крутящий момент. Поскольку крутящий момент напрямую зависит от диаметра, диаметр является основной характеристикой размера машины. Небольшие версии двигателей AF без ярма компании обычно имеют водяное охлаждение и достигают удельной мощности до 15 кВт / кг, что вдвое выше, чем у лучших в своем классе современных двигателей.
В транспортных системах вес двигателя имеет решающее значение и должен быть минимизирован. Двигатели AF используются для приводов с удельной мощностью до 15 кВт / кг. Пиковая эффективность этих машин может достигать 98% и остается очень высокой при частичных нагрузках. На рисунке 6 показан двигатель Magnax, установленный в автомобиле.
6. AXF275, который развивает мощность 300 кВт при весе всего 26,5 кг, встроен в шасси автомобиля.
ДвигателиAF можно комбинировать с коробками передач в различных конфигурациях трансмиссии, на шасси или на колесах.Для некоторых приложений электронной мобильности требуются концепции двигателей с прямым приводом. Безредукторная конструкция значительно снижает сложность и требования к техническому обслуживанию. Эти двигатели уже обеспечивают номинальный крутящий момент при 0 об / мин и имеют очень компактную конструкцию, поэтому они хорошо подходят для конфигураций с прямым приводом (в колесах). Для таких приложений они гарантируют, что отображение эффективности оптимизировано для более низких диапазонов частоты вращения (обычно частота вращения колеса 500–2000 об / мин). Конфигурации Outrunner позволяют еще больше снизить вес.
Большая версия машин Magnax (генераторы AF с прямым приводом) подходят для ветряных турбин:
- Ветряные турбины с асинхронными двигателями и редукторами обычно менее эффективны (ниже 90%, в то время как генераторы AF могут достигать 96% и более). Кроме того, коробки передач считаются более трудоемкими в обслуживании и менее надежными из-за большего количества движущихся компонентов.
- Традиционные генераторы с прямым приводом (обычно основанные на топологии RF) в два-пять раз тяжелее, чем генераторы AF, и на несколько процентов менее эффективны по сравнению с генераторами с прямым приводом AF, по данным компании.Эффективность повышается, поскольку сердечники из стали с ориентированной зернистой структурой используются в сочетании с более короткими путями магнитного потока, а обмотки имеют более высокий коэффициент заполнения медью.
Приложенная мощность
Magnax рекомендует 750 В от батареи с инвертором. Компания ожидает, что в будущем напряжения еще больше увеличатся, что еще больше снизит ток.
Двигатель на 400 В переменного тока или ниже (например, 100 В для мотоциклов), поставляемый Magnax, может служить альтернативой для двигателей меньшей мощности, что не сильно меняет характеристики машины.Конечно, чем ниже напряжение, тем труднее найти инвертор, способный справиться с большим током .
Даан Морелс — соучредитель Magnax.
Артикул:
Информационный документ: Высокоэффективные машины для осевого флюса , Даан Морелс, Питер Лейнен, май 2018 г.
(PDF) Конструкция генератора осевого потока с постоянными магнитами для недорогого производства малых ветряных турбин
применима, в то время как передача таких технологических приложений возможна в контексте электрификации сельской местности
.Эти небольшие ветряные турбины местного производства продемонстрировали
надежных конструкций и производственных процессов. Эти процессы могут быть легко поняты, имея только базовые научные знания
, а также могут быть изменены пользователями и техническими специалистами, которые
строят их в соответствии с местными потребностями и используют местные материалы. Эти факты лежат в основе формирования
небольших ветряных турбин с открытым исходным кодом, которые могут обеспечить электрификацию
сельских населенных пунктов с меньшими затратами и предоставить местным жителям технические ноу-хау в области производства возобновляемых источников энергии
.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы выражают благодарность профессору Д. Папантонису из лаборатории гидродинамики машиностроительного факультета
NTUA за поддержку этой работы, предоставив около
компонентов экспериментальной установки. и все студенты, которые участвовали в строительстве генератора
, представленного в этой статье.
СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
[1] Ветровые турбины — Часть 2: Проектные требования для малых ветровых турбин, CEI / IEC Std.
61400–2, 2006.
[2] Дж. Р. Бамби, Н. Стэнард, Дж. Домини и Н. МакЛеод, «Генератор постоянного магнита для малых ветряных и водяных турбин
» в Proc. Международной конференции 2008 г. по электрическим машинам
, статья 733, стр. 1.
[3] А. Парвиайнен, Дж. Пирхонен и П. Контканен, «Генератор осевого потока с постоянным магнитом
с концентрированной обмоткой для малых ветроэнергетических установок» в Proc. из
на Международной конференции IEEE 2005 г. по электрическим машинам и приводам, стр.1187.
[
4] Х. Пигготт, Книга рецептов ветряных турбин — планы ветряных мельниц с осевым потоком, 2009.
[5] F.G. Россоу, Анализ и разработка системы генератора осевого потока с постоянным магнитом Wind
для приложений прямой зарядки Bettery, Msc Eng. диссертация, Университет
Стелленбоша, Южная Африка, март 2009 г.
[6] DH Wood, Малые ветряные турбины: анализ, конструкция и применение, 1
-е издание, Springer,
2011.
[7] N .Д. Хатциаргириу, «Микросети», журнал IEEE Power and Energy, том 6, выпуск 3,
Май – июнь 2008 г. Стр .: 26–29.
[8] К. Кристенсен, Каталог малых ветряных турбин, Nordic Folkecenter for Renewable
Energy, 2011.
[
9] J.F. Gieras, RJ. Ван и MJ. Кампер, Осевой поток с постоянным магнитом, бесщеточный
Машины, 2-е изд. Springer, 2008.
[10] MJ. Кампер, Р.Дж. Ван и Ф. Россоу, «Анализ и оценка производительности
машины постоянного магнита со статором с осевым потоком и воздушным сердечником с концентрированными катушками»,
Транзакции IEEE по отраслевому применению., т. 44, pp. 1495–1504, 2008. (2002) Веб-сайт IEEE
.
[11] М.В. Систелекан и М. Попеску, «Исследование количества комбинаций пазов / полюсов для низкоскоростных синхронных генераторов с постоянными магнитами
» в IEMDC
′
07. IEEE
Международная конференция по электрическим машинам и приводам, 2007, вып. 2, стр. 1616.
[12] DN Mbidi, K. van der Westhuizen, R. Wang, MJ Kamper и J. Blom, «Mechanical
Конструктивные особенности двухступенчатой машины с осевым потоком PM», в конференции
Record конференции по промышленным приложениям IEEE 2000 г., т.1. С. 198–201.
430 КОНСТРУКЦИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО МАГНИТА ОСЕВОГО ПОТОКА ДЛЯ НИЗКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
МАЛЫХ ВЕТРОВЫХ ТУРБИН
Модульный генератор осевого потока на постоянных магнитах с тороидальной обмоткой для ветряных турбин (Конференция)
Мулджади, Э., Баттерфилд, С. П., и Ван, И. Х. Модульный генератор осевого потока на постоянных магнитах с тороидальной обмоткой для ветряных турбин . США: Н.с., 1998.
Интернет.
Мулджади, Э., Баттерфилд, С. П., и Ван, И. Х. Осевой поток, модульный генератор на постоянных магнитах с тороидальной обмоткой для ветряных турбин . Соединенные Штаты.
Мулджади, Э., Баттерфилд, С. П., и Ван, И. Х.Мы б .
«Осевой магнитный модульный генератор на постоянных магнитах с тороидальной обмоткой для ветряных турбин». Соединенные Штаты. https://www.osti.gov/servlets/purl/663610.
@article {osti_663610,
title = {Осевой магнитный поток, модульный генератор на постоянных магнитах с тороидальной обмоткой для ветряных турбин},
author = {Мулджади, Э. и Баттерфилд, К. П. и Ван, Ю. Х.},
abstractNote = {Генераторы на постоянных магнитах уже много лет используются в ветряных турбинах.Многие производители небольших ветряных турбин используют генераторы с постоянными магнитами с прямым приводом. Для генераторов ветряных турбин философия проектирования должна охватывать следующие характеристики: низкая стоимость, легкий вес, низкая скорость, высокий крутящий момент и генерация с регулируемой скоростью. Генератор прост в изготовлении, и его конструкция может быть увеличена без значительного переоборудования. Был выбран модульный генератор на постоянных магнитах с осевым направлением потока. В качестве постоянного магнита используется NdFeB или ферритовый магнит с магнитопроводом для фокусировки плотности потока в воздушном зазоре.Каждый единичный модуль генератора может состоять из одной, двух или более фаз. Каждый генератор может быть расширен до двух или более единичных модулей. Каждый единичный модуль построен из простых модульных столбов. Обмотка статора выполнена в виде тора. Таким образом, процесс сборки упрощается, а установка обмотки в паз менее утомительна. Авторы построили прототип одного блочного модуля и провели предварительные испытания в лаборатории. Последующие испытания будут проводиться в лаборатории для улучшения конструкции.},
doi = {},
url = {https: // www.osti.gov/biblio/663610},
журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {1998},
месяц = {7}
}
Оптимальное смешанное управление осевым потоком с постоянным магнитом Ветровые турбины с синхронным генератором и модульной структурой статора
DOI: 10.1016 / j.isatra.2021.01.001. Epub 2021 5 января.Принадлежности Расширять
Принадлежности
- 1 Кафедра мехатроники, Аракский университет, Арак, Иран.
- 2 Электротехнический факультет, Университет Арак, Арак, Иран.
- 3 Кафедра электротехники, Аракский университет, Арак, Иран. Электронный адрес: [email protected].
- 4 Кафедра машиностроения, Университет Арак, Арак, Иран.
Элемент в буфере обмена
Somayeh Pirzad et al.ISA Trans. 2021 сен.
Показать детали Показать вариантыПоказать варианты
Формат АннотацияPubMedPMID
DOI: 10.1016 / j.isatra.2021.01.001. Epub 2021 5 января.Принадлежности
- 1 Кафедра мехатроники, Аракский университет, Арак, Иран.
- 2 Электротехнический факультет, Университет Арак, Арак, Иран.
- 3 Кафедра электротехники, Аракский университет, Арак, Иран. Электронный адрес: [email protected].
- 4 Кафедра машиностроения, Университет Арак, Арак, Иран.
Элемент в буфере обмена
Опции CiteDisplayПоказать варианты
Формат АннотацияPubMedPMID
Абстрактный
Системы ветряных турбин построены с использованием различных типов генераторов, аэромеханических компонентов и систем управления.Благодаря своей способности работать на низкой скорости генераторы с осевым постоянным магнитом (AFPM) получают широкое распространение в ветроэнергетических системах, что способствует исключению редуктора из системы, заметному повышению эффективности и снижению веса системы. Благодаря модульной природе статора в генераторах AFPM можно управлять каждым модулем независимо. В этой статье, в дополнение к получению динамической модели турбины и генератора AFPM, разработана стратегия управления на основе смешанного целочисленного нелинейного программирования (MINLP) для включения как угла наклона, так и количества активных модулей статора в качестве управляющих входных сигналов.Эти управляющие сигналы используются для максимального повышения эффективности системы и регулирования выходного напряжения при различных скоростях ветра и электрических нагрузках. Результаты моделирования типичного генератора показывают эффективность предложенного метода в регулировании скорости генератора.
Ключевые слова: APMonitor; Генератор осевого потока на постоянных магнитах (AFPM); Устранение коробки передач; Оптимизация MINLP; Контроль угла тангажа; Управление ветряной турбиной.
Авторские права © 2021 ISA. Опубликовано Elsevier Ltd. Все права защищены.
Заявление о конфликте интересов
Заявление о конкурирующих интересах Авторы заявляют, что у них нет известных конкурирующих финансовых интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, описанную в этой статье.
Похожие статьи
- Новый метод определения характеристик ветряных турбин малой мощности с синхронным генератором на постоянных магнитах: экспериментальное исследование.
Верде А., Ластрес О, Эрнандес Дж., Ибаньес Дж., Верея Л., Себастьян П. Дж.. Верде А. и др. Гелион. 2018 17 августа; 4 (8): e00732. DOI: 10.1016 / j.heliyon.2018.e00732. eCollection 2018 Август. Гелион. 2018. PMID: 30167493 Бесплатная статья PMC.
- Мехатронное моделирование системы преобразования энергии ветра с фиксированной скоростью 750 кВт с использованием подхода графа Бонда.
Khaouch Z, Zekraoui M, Bengourram J, Kouider N, Mabrouki M.Khaouch Z, et al. ISA Trans. 2016 ноя; 65: 418-436. DOI: 10.1016 / j.isatra.2016.07.009. Epub 2016 2 сентября. ISA Trans. 2016 г. PMID: 27593956
- Отслеживание мощности ветровой турбины с использованием улучшенного многомодельного квадратичного подхода.
Хезами Н., Бенхадж Брайек Н., Гийод X. Khezami N, et al. ISA Trans. 2010 июл; 49 (3): 326-34. DOI: 10.1016 / j.isatra.2010.03.008. ISA Trans. 2010 г. PMID: 20434153
- Индукционные ветрогенераторы с двойным питанием и нечетким контроллером: обзор.
Sathiyanarayanan JS, Kumar AS. Sathiyanarayanan JS, et al. ScientificWorldJournal. 2014; 2014: 252645. DOI: 10.1155 / 2014/252645. Epub 2014 15 июня. ScientificWorldJournal. 2014 г. PMID: 25028677 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.
- Анализ вибрации для обнаружения неисправностей трансмиссии ветряных турбин — всестороннее исследование.
Тэн Ш, Дин Х, Тан С, Сюй Дж, Ши Би, Лю Ю. Teng W, et al. Датчики (Базель). 1 марта 2021 г .; 21 (5): 1686. DOI: 10,3390 / s21051686. Датчики (Базель). 2021 г. PMID: 33804512 Бесплатная статья PMC. Рассмотрение.
LinkOut — дополнительные ресурсы
Источники полных текстов
Другие источники литературы
цитировать
КопироватьФормат: AMA APA ГНД NLM
| [1] | Anyi M, Kirke B (2011) Гидрокинетические турбинные лопатки: методы проектирования и местного строительства для удаленных населенных пунктов. Energy Sustainable Dev 15: 223-230. DOI: 10.1016 / j.esd.2011.06.003 |
| [2] | Давила-Вильчис Дж. М., Мишра Р. С. (2014) Характеристики гидрокинетической энергетической системы с использованием генератора с осевым потоком на постоянных магнитах. Энергия 65: 631-638. DOI: 10.1016 / j.energy.2013.11.040 |
| [3] | Исследовательская лаборатория Олдена, Как оценить производительность и нагрузки гидрокинетической турбины.Исследовательская лаборатория Олдена, (без даты). Доступно по адресу: https://www.aldenlab.com/Portals/0/Documents/White%20Papers/Hydrokinetic.pdf. |
| [4] | Bravo R, Tullis S, Ziada S (2007) Эксплуатационные испытания небольшой ветряной турбины с вертикальной осью. |
| [5] | Халид С.С., Лян З., Ци-ху С. и др.(2013) Разница между приливными турбинами с вертикальной осью и переменным шагом при помощи CFD-анализа в CFX. Res J Appl Sci Eng Technol 5: 319-325. |
| [6] | Феррейра А.П., Сильва А.М., Коста А.Ф. (2007) Прототип генератора с осевым потоком на постоянных магнитах для систем ветроэнергетики. 2007 Европейская конференция по силовой электронике и приложениям , Ольборг, Дания. |
| [7] | Бэннон Н., Дэвис Дж., Клемент Э. (2013) Генератор постоянного магнита с осевым потоком, Вашингтонский университет, Сиэтл, Вашингтон, США. |
| [8] | Халид С.С., Чжан Л., Шах Н. (2012) Использование приливной энергии с помощью приливной турбины с вертикальной осью. Res J Appl Sci Eng Technol 5: 239-252. |
| [9] | Бехрузи Ф., Маймун А., Накиса М. и др. (2014) Инновационная конструкция турбины с вертикальной осью тока для низкой скорости тока. J Technol 66: 177-182. |
| [10] | Ясин А., Шахидул М.И., Сайед Шазали С.Т. и др.(2013) Оптимизация добычи зеленой энергии: применение микрогидротурбины с поперечным потоком. 6-я Международная инженерная конференция (ENCON 2013) , Кучинг, Саравак, Малайзия. |
| [11] | Организация ресурсов с нулевыми выбросами, Малые водные турбины для речных применений. Организация ресурсов с нулевым выбросом, (2010).Доступно по адресу: https://zero.no/wp-content/uploads/2016/05/small-scale-water-current-turbines-for-river-applications.pdf. |
| [12] | Урбина Р., Петерсон М.Л., Кимбалл Р.В. и др. (2013) Моделирование и проверка турбины с поперечным потоком с использованием модели свободного вихря и модифицированной модели динамического срыва. Возобновляемая энергия 50: 662-669. DOI: 10.1016 / j.renene.2012.08.011 |
| [13] | Deglaire P, Eriksson S, Kjellin J, et al. (2007) Экспериментальные результаты для ветряной турбины с вертикальной осью мощностью 12 кВт с синхронным генератором с прямым приводом. Proc EWEC 2007-Европейская конференция и выставка по ветроэнергетике , Милан, Италия. |
| [14] | Эрикссон С. (2008) Генераторы с прямым приводом для ветряных турбин с вертикальной осью, Acta Universitatis Upsaliensis, Упсала, Швеция. |
| [15] | Eriksson S, Bernhoff H, Leijon M (2011) Генератор с прямым приводом мощностью 225 кВт, адаптированный к ветряной турбине с вертикальной осью. Adv Power Electron 2011: 1-7. |
| [16] | Rovio T, Vihriaelae H, Soderlund L и др.(2001) Осевые и радиальные генераторы потока в маломасштабном производстве ветровой энергии, Технологический университет Тампере, Тампере, Финляндия. |
| [17] | Чжао Г., Ян Р.С., Лю Й. и др. (2013) Гидродинамические характеристики приливно-отливной турбины с вертикальной осью и разными заданными углами атаки. Дж. Hydrodyn 25: 280-287. DOI: 10.1016 / S1001-6058 (13) 60364-9 |
| [18] | Lanzafame R, Mauro S, Messina M (2014) 2D CFD-моделирование ветряных турбин H-Darrieus с использованием модели переходной турбулентности. Энергетические процедуры 45: 131-140. DOI: 10.1016 / j.egypro.2014.01.015 |
| [19] | Четин Н.С., Юрдусев М.А., Ата Р. и др. (2005) Оценка оптимального отношения конечной скорости ветряных турбин. Math Comput Appl 10: 147-154. |
| [20] | Холл Т.Дж. (2012) Численное моделирование морской гидрокинетической турбины с поперечным потоком, Вашингтонский университет, Сиэтл, Вашингтон, США. |
| [21] | Sheldahl RE, Klimas PC (1981) Аэродинамические характеристики семи симметричных профильных секций с углом атаки 180 градусов для использования в аэродинамическом анализе ветряных турбин с вертикальной осью, Sandia National Laboratories, Альбукерке, Нью-Мексико, США. |
| [22] | Gieras JF, Wang RJ, Kamper MJ (2008) Бесщеточные машины с осевым потоком и постоянным магнитом , 2 Eds., Springer. |
Генераторы на постоянных магнитах обеспечивают повышенную производительность при производстве ВЭ
28 октября 2018 г., Опубликовано в статьях: Energize
Майка Райкрофта, EE Publishers
Постоянные магниты уже много лет используются для создания магнитного поля в генераторах малых и средних размеров.Их использование в крупных генераторах возобновляемой энергии (ВИЭ) может дать преимущества в производительности для будущих генераторов для коммунальных предприятий.
Большие (размером МВт) генераторы с постоянными магнитами (PMG) сегодня в основном используются в секторе ветряных турбин, но не ограничиваются этой областью. Генераторы PMG предлагают ряд преимуществ для области генераторов и используются в приложениях от резервных станций до гидрогенераторов. PMG находит особое применение в системах возобновляемой энергетики, где меньший размер и более высокая эффективность дают преимущество.Возможность найти применение как в низкоскоростных, так и в высокоскоростных генераторах ускоряет использование этого типа оборудования.
PMG может быть машиной постоянного тока с вращающимся коллектором и щетками или синхронной многофазной машиной переменного тока, в которой магнитные поля ротора и статора вращаются с одинаковой скоростью. Это устраняет потери возбуждения в роторе, которые обычно составляют от 20 до 30% общих потерь генератора. Уменьшение потерь дополнительно приводит к более низкому повышению температуры, что по существу означает, что в генераторе также может использоваться более простая и компактная система охлаждения.
Рис. 1: PMG радиального потока [2].
В PMG магнитный поток создается постоянными магнитами, в отличие от обычных генераторов, где поле создается обмотками возбуждения или катушками возбуждения. Это накладывает некоторые ограничения, поскольку магнитное поле, как правило, нельзя изменять, как в других машинах, но это преодолевается за счет использования генератора в сочетании с внешним оборудованием. Основное влияние этого заключается в том, что генерируемое напряжение будет изменяться в зависимости от скорости генератора, что создает проблемы в случае применения с регулируемой скоростью, например, ветряных турбин и гидроэлектростанций.Это было преодолено за счет использования гибридных систем возбуждения и механического изменения воздушного зазора.Строительство
Постоянные магниты обычно находятся в роторе. PMG может быть трех типов: радиальный поток, осевой поток и поперечный поток.
Радиально-флюсовые станки
В машине с радиальным магнитным потоком магнитное поле расположено под прямым углом к оси вращения в радиальном направлении, а катушки статора выровнены с осью вращения.Генерация происходит, когда магниты ротора перемещают поле вокруг катушек статора. это обычная конфигурация, используемая для всех типов генераторов. На рис. 1 показан типичный PMG радиального потока. ГПМ с радиальным потоком характеризуются малым числом полюсов и работают с высокими частотами вращения.
Рис. 2: Осевой поток PMG.
Станки для осевого флюса
В машине с осевым потоком магнитное поле выровнено с осью вращения и течет в воздушном зазоре в осевом направлении.Катушки статора расположены радиально под прямым углом к оси вращения. Типичный станок для осевого флюса показан на рис. 2.
Низкоскоростные генераторы требуют большого количества полюсов и, следовательно, ротора и статора большого диаметра. Для этих применений конфигурация осевого потока оказалась более подходящей. Конфигурация осевого потока также находит применение в генераторах с вертикальной осью, таких как ветряные турбины с вертикальной осью и гидроэлектростанции.
PMG с поперечным потоком
Принцип поперечного потока объединяет элементы как радиальных, так и осевых магнитных машин.В машине с поперечным потоком магниты расположены на роторе, а магнитный поток течет в поперечном направлении вокруг ярма статора. Катушка статора расположена внутри ярма статора. Конфигурация TFPM позволяет использовать несколько слоев магнита ротора и обмотки статора. На рис. 3 показана базовая конфигурация TFPM.
Станки с радиальным и осевым потоком являются наиболее распространенными типами PMG.
Рис. 3: Конструкция генератора TFPM с гибридным возбуждением (1) U-образный сердечник статора (2) Обмотки возбуждения (3) Фазовая обмотка (4) Диск ротора (5) Постоянные магниты [5].
Материалы для постоянных магнитов для PMGРазработка материалов для постоянных магнитов быстро прогрессировала в течение последних нескольких десятилетий. Во-первых, в основе материалов лежали сплавы кобальт-вольфрам-хром-железо. Сплавы алюминий-никель-кобальт были открыты в 1930-х годах, но развитие самарий-кобальта в 1960-х и, наконец, магнитов на основе неодима-железа-бора (магниты NdFeB) в конце 1970-х годов, позволило генераторам получить выгоду от постоянного магнитные материалы.Современные постоянные магниты делятся на четыре семейства: магниты из альнико, керамические или твердые ферриты, магниты из самариевого коболта (SmCo) и неодим-железо-бор (NdFeB). Свойства PM, определяющие его пригодность для использования, перечислены ниже.
B r , остаточная индукция или магнитная сила — это значение плотности магнитного потока, остающееся, когда внешнее поле возвращается от высокого значения намагниченности насыщения к нулю. Остаточную намагниченность также называют остаточной намагниченностью.Чем выше значение, тем выше используемая плотность магнитного потока. Единицами измерения являются тесла [ T ] для единиц СИ и гаусс [ G ] для единиц CGS, а остаточная намагниченность выражается как B r .
Рис. 4: Разработка материалов для постоянных магнитов [4].
H ci (H cJ ): Собственное коэрцитивное сопротивление размагничиванию. Это означает значение внешнего магнитного поля, которое сводит к нулю намагниченность или плотность магнитного потока магнитного тела, когда это внешнее магнитное поле действует в направлении, противоположном ориентации намагниченности магнитного тела.Это означает стабильность намагничивания перед лицом внешнего магнитного поля или способность противостоять внешнему магнитному полю. Материал с высокой коэрцитивной силой — это магнитотвердый материал, а материал с низкой коэрцитивной силой — это магнитомягкий материал. Это наиболее важная характеристика материала постоянного магнита.BH, произведение энергии или плотность энергии: Мера энергии магнита. Это показатель, отражающий характеристики постоянного магнита.Единицы измерения — джоуль на метр в кубе [Дж / м 3 ] для единиц СИ, а максимальное произведение энергии выражается как ( BH ) max . Произведение H (считается положительным) и B в точке ( H, B ) на кривой размагничивания B-H называется энергетическим продуктом, а максимальное значение этого продукта является максимальным энергетическим продуктом. Это значение является мерой максимального магнитного потока, снимаемого с магнита на единицу объема.Когда магнитная цепь предназначена для достижения максимальной точки продукта энергии, объем магнита может быть минимизирован.
Рис. 5: Влияние скорости вращения на выходное напряжение для PMG [1].
Температура Кюри: Температура, при которой ферромагнитное тело или ферримагнитное тело переходит в парамагнитное состояние из-за повышения температуры. Магнитные моменты, расположенные в магнитном теле, постоянно колеблются из-за тепловых колебаний. По мере повышения температуры тепловые колебания становятся сильнее и пропорционально этому выравнивание магнитного момента нарушается.В конце концов, этот порядок полностью утерян. Температура, при которой это происходит, и есть температура Кюри. Чтобы показать сильный магнетизм при нормальных температурах, эта температура Кюри должна быть значительно выше комнатной температуры. Температуры Кюри выше комнатной достигаются в переходных элементах железа, кобальта и никеля, а также в сплавах этих металлов с редкоземельными элементами.Четыре семейства постоянных магнитов
Керамические или твердые ферриты: Спеченные твердые ферритовые или «керамические» магниты изготовлены из комбинации феррита бария или стронция и оксида железа и обладают высокой степенью коэрцитивной силы, что делает их более устойчивыми к размагничиванию.Ферритовые магниты — единственный тип магнитов, которые становятся значительно более устойчивыми к размагничиванию при повышении температуры.
| Материал | BH макс. (кДж / м 3 ) | B r (T) | H c (кА / м) |
| NdFeB | 220-500 | 0,97-1,45 | 740-1000 |
| SmCo | 120–240 | 0,85-1,1 | 620-840 |
| Феррит | 7-42 | 0,2-0,48 | 120–360 |
| AlNiCo | 10-35 | 0,6-1,16 | 40–120 |
Alnico: Alnico — это сплав, в основном состоящий из комбинации алюминия, никеля, кобальта и железа, а также различных уровней меди, титана и ниобия.Составляющие материалы не редкость, и поэтому цена на продукты алнико, как правило, невысока.
Самариевый кобольт: Среди всех редкоземельных постоянных магнитов самарий-кобальт имеет самую высокую температуру Кюри. Основными компонентами являются самарий, кобольт и железо с добавлением небольших количеств других металлов, таких как медь, алюминий и цинк. Магниты SMCo обладают высокой устойчивостью к коррозии
Неодим, железо, бор: Он состоит из сплава неодима, железа и бора с добавлением небольших количеств других редкоземельных металлов.Он имеет самый высокий энергетический продукт из всех коммерчески используемых магнитных материалов, но имеет более низкую температуру Кюри, чем другие материалы, и низкую устойчивость к коррозии.
На рис. 4 показано сравнение магнитных материалов [4]. В таблице 1 приведены свойства основных магнитных материалов, используемых в PMG.
Рис. 6: ГПМ с регулируемой скоростью в сочетании с преобразователем [1].
NdFeB является отраслевым стандартом PMG для ветряных турбин, поскольку он имеет самый высокий энергетический продукт (до 477.5 кДж / м3), поэтому для обеспечения заданной плотности потока требуется меньший объем NdFeB по сравнению с другими материалами постоянных магнитов. Вес генератора является важным аспектом конструкции ветряных турбин, поэтому уменьшение веса постоянных магнитов является целью проектирования. NdFeB имеет ограничения по рабочей температуре из-за его температуры Кюри, равной 312 ° C, что фактически означает, что его максимальная практическая рабочая температура составляет около 170 ° C. Другие долговечные материалы, такие как SmCo, обладают более высокой рабочей температурой и коэрцитивной силой.NdFeB является предпочтительным для применения в ветряных турбинах с PMG из-за его более высокого максимального энергетического продукта, высокой стоимости Co и относительно низкой цены Nd по сравнению с Sm. [3]Риск размагничивания
Материалы постоянного магнита стабильны в определенных физических пределах. Однако магниты NdFeB должны быть защищены от размагничивания и коррозии. Основными угрозами магнитам NdFeB являются коррозия и устойчивость к высоким температурам. При температурах ниже температуры Кюри (от 310 до 400 ° C для NdFeB в зависимости от марки) возможное размагничивание вызвано размагничивающей напряженностью магнитного поля.
Рис. 7: Машина с переменным магнитным потоком SynPM [2].
Во многих конструкциях генераторов с постоянными магнитами рабочая точка может достигать отрицательных значений плотности потока во время коротких замыканий. Если абсолютные значения размагничивающей напряженности поля значительно ниже, чем коэрцитивное поле, постоянных потерь поляризации не произойдет. Коэрцитивность магнитов NdFeB может быть увеличена путем легирования материала другими подходящими редкоземельными металлами. Процесс размагничивания постоянного магнита зависит как от температуры, так и от времени.Потери поляризации, зависящие от времени, оказались линейными в логарифмическом масштабе. Следовательно, можно предсказать долгосрочную потерю поляризации постоянных магнитов в условиях постоянного размагничивающего поля путем измерения потерь в течение короткого периода времени при повышенной температуре и экстраполяции результатов на более длительное время [3].Влияние переменной скорости на генератор PMG
Использование PMG имеет ряд недостатков. Одним из основных недостатков является то, что сила магнитного поля возбуждения фиксирована и не может контролироваться.Из-за этого выходное напряжение будет зависеть от скорости вращения генератора, и в своей базовой форме оно лучше всего подходит для операций с фиксированной скоростью, таких как резервная установка, ветряные турбины постоянной скорости или гидроэлектростанции. Чтобы использовать PMG в асинхронной генерации с переменной скоростью, требуется адаптация. Работа генераторов RE с переменной скоростью в зависимости от силы приводного ресурса имеет преимущества, и были разработаны методы, позволяющие использовать PMG в этой конфигурации.
Рис.8: Машина CPPM с общей катушкой возбуждения [2].
Это позволяет генератору PMG генерировать переменную частоту и напряжение в зависимости от скорости вращения первичного источника. Это сложное и часто дорогостоящее решение, и были разработаны средства управления возбуждением ГПМ. Один из наиболее широко исследуемых методов — изменение напряженности поля с помощью гибридного возбуждения.Гибридный возбужденный PMG
В генераторе с гибридным возбуждением возбуждение обеспечивается как постоянным магнитом, так и катушками возбуждения.В этом методе, который применим к машинам с радиальным и поперечным магнитным потоком, обмотка возбуждения может быть размещена либо в роторе, либо в статоре и возбуждается током возбуждения. Ток возбуждения может либо уменьшать, либо увеличивать магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами. Существует множество вариантов основного принципа. Две основные формы — это последовательное возбуждение, при котором катушка возбуждения размещается последовательно с магнитным трактом магнита, и параллельное возбуждение, при котором формируется отдельный путь возбуждения.Последовательное возбуждение несет опасность размагничивания, поэтому предпочтительным является параллельный метод.
Рис. 9: Метод гибридного возбуждения когтевым полюсом. [2].
В отрасли были разработаны три возможных варианта:- (а) Постоянные магниты ротора и катушки возбуждения ротора
- (b) Постоянные магниты ротора и обмотки возбуждения статора
- (c) Постоянные магниты статора и катушки возбуждения статора
В простейшей форме (а) катушки возбуждения встроены в ротор, как показано на рис.6. Для этого требуются контактные кольца для подачи тока возбуждения, если это не обеспечивается подключенным генератором тока возбуждения
.Примерами типа (b) являются машина с последующим полюсным постоянным магнитом (CPPM) с общим возбуждением статора, показанная на рис. 7, и машина с кулачковыми полюсами, показанная на рис. 8. Примером (c) является показанная конфигурация переключения магнитного потока. на рис. 9.
Рис. 10: ГПМ с переключением потока с гибридным возбуждением [2].
Коммутация потока использует катушки и постоянные магниты как часть статора.Генератор с переключением магнитного потока работает, переключая путь магнитного потока в роторе, так что магнитный поток, окружающий катушки статора, меняется на обратное при вращении ротора. В гибридном FSG смесь постоянных магнитов и катушек возбуждения используется для управления силой магнитного поля в статоре. Гибридное возбуждение не может обеспечить полный контроль над выходным напряжением во всем диапазоне рабочих скоростей, но значительно снижает колебания напряжения, позволяя использовать более простые следующие этапы, такие как преобразователи.Гибридное возбуждение также можно использовать для управления выходной мощностью генератора.Типовые области применения
Генераторы на постоянных магнитах находят применение в ветряных турбинах, малых и средних гидроэлектростанциях и резервных генераторах. Ветряные турбины сегодня являются основным применением ГПМ. Типичная ветряная турбина с прямым приводом будет использовать от 500 до 650 кг магнитов на МВт.
Список литературы
[1] А. Калласте: «Разработка и внедрение низкоскоростных генераторов на постоянных магнитах для ветряных мельниц», Таллиннский технологический университет.
[2] R Owen и др.: «Обзор машин с постоянными магнитами с переменным магнитным потоком», Journal of ICEMS , Vol. 1, No. 1, 2012.
[3] Х. Хаздозян: «Уменьшение размеров генераторов постоянных магнитов для ветряных турбин с постоянными магнитами с более высокой плотностью энергии», Североамериканский энергетический симпозиум (NAPS), 2014.
[4] Т. Вайманн: «Влияние выбора материала магнита на конструкцию тихоходных синхронных генераторов с постоянными магнитами для ветроэнергетики», Elektronika ir Elektrotechnika, , февраль 2017 г.
[5] Э. Айдын: «Генератор постоянного магнита с осевым поперечным потоком с гибридным возбуждением», Конгресс и выставка по преобразованию энергии (ECCE), 2016 г., IEEE.
Присылайте свои комментарии на адрес [email protected]
Статьи по теме
Анализ производительности генераторов с постоянными магнитами радиального и осевого потоков для низкоскоростных ветряных турбин
Тип статьи: Исследовательская статья
Авторы: Ситесваран, Бхуванесвари a; | Пандаринатан, Шивараман а | Alagu, Matheswaran a | Ponnusamy, Prem a
Филиалы: [a] Департамент электротехники и электроники, Технологический институт Баннари Амман, Сатьямангалам, Эроде, Тамилнад, Индия
Для корреспонденции: [*] Автор, ответственный за переписку: Бхуванесвари Ситесваран, Баннари Амманский технологический институт, Тамилнад, Индия.Тел .: +91 9865568912; Электронная почта: [адрес электронной почты защищен]
Аннотация: Индия обладает огромным ветровым потенциалом, и средняя скорость ветра составляет около 6 м / с, тогда как обычный механизм ветряной турбины работает на скорости 7–12,5 м / с. Необходимо разработать низкоскоростное преобразование энергии ветра для получения электроэнергии из ветра. В основном, генератор с постоянным магнитом с радиальным потоком (RFPMG) используется для низкоскоростных ветряных турбин. Недостатками этого обычного RFPMG являются низкая плотность магнитного потока и увеличение веса из-за большого количества аккомодации полюсов.Чтобы преодолеть вышеупомянутые недостатки, в этой статье предлагается двухсторонний генератор осевого потока без сердечника с постоянными магнитами (AFPMG) для низкоскоростных преобразователей энергии ветра. Анализ производительности предлагаемого AFPMG выполняется методом конечных элементов с использованием программного обеспечения ANSYS Maxwell. Наконец, производительность RFPMG и AFPMG сравнивается на основе потоковой передачи, плотности потока, наведенной ЭДС, тока статора, крутящего момента, крутящего момента, полного гармонического искажения (THD), расхода материала, потерь и эффективности.Из результатов видно, что AFPMG дает лучшую производительность, чем RFPMG, во всех этих аспектах.
Ключевые слова: радиальный поток, осевой поток, прямой привод, ANSYS Maxwell, анализ методом конечных элементов
DOI: 10.3233 / JAE-1
Journal: International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, vol. 65, нет. 1, pp. 129-147, 2021
Опубликовано: 18 января 2021 г.
Цена: 27,50 EUR
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть или приобрести мгновенный доступ
.